JP4271436B2 - ズームレンズ及び電子スチルカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に電子スチルカメラ、ビデオカメラに用いられる高画質のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータの進歩、普及と相まって、画像入力装置として電子スチルカメラが急速に普及している。電子スチルカメラに用いられる固体撮像素子の総画素数は１００万画素を超え、最近では総画素数が３００万画素を超える固体撮像素子を搭載した電子スチルカメラも商品化されるようになった。また、ビデオカメラも動画の他に高画質の静止画を撮影できる機能を搭載するようになった。
【０００３】
電子スチルカメラの光学系は、物体側から順に、撮像レンズ、光学ローパスフィルタ、固体撮像素子で構成されている。撮像レンズにより被写体に対応する実像が固体撮像素子の受光面上に形成される。固体撮像素子は画素構造により空間的サンプリングを行い、撮像面上に形成された像の映像信号を出力する。固体撮像素子は薄く、軽く、小型であるため、電子スチルカメラを小型にすることができる。
【０００４】
固体撮像素子は画素構造により空間的サンプリングを行うが、この場合に生じる折り返し歪みを除去するために、一般に、撮像レンズと固体撮像素子の間に光学ローパスフィルタを配置して、ズームレンズが形成する画像から高周波成分を除去している。光学ローパスフィルタは、一般に水晶板で構成され、水晶の複屈折を利用して、自然光が入射すると常光線と異常光線とが離れて平行に出射する性質を利用している。
【０００５】
固体撮像素子は、画面サイズが同じ状態で画素数を増大させると画素ピッチが小さくなるため、開口率が低下し、受光感度が低下する。そこで、固体撮像素子の各画素に微小正レンズを設けて、実効開口率を向上させて、受光感度の低下を防いでいる。この場合、微小正レンズからの出射光の大半を対応する各画素に到達させるために、ズームレンズは各画素に入射する主光線を光軸と平行に近く、つまりテレセントリック性を良好にする必要がある。
【０００６】
電子スチルカメラには多くの形態が考えられるが、その１つの形態としてズーム比が２倍〜３倍のズームレンズを搭載したコンパクトタイプがある。コンパクトタイプでは、持ち運び易さが要望されており、少なくとも非使用時の光学全長（レンズ系全体の最も物体側のレンズ面の頂点から固体撮像素子の撮像面までの距離）を短くする必要がある。また、より高い結像性能のズームレンズ、広角側の画角の広いズームレンズが求められている。
【０００７】
コンパクトタイプに適したズームレンズとして、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群で構成され、２つのレンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズが考えられる。このような２群ズームレンズは、広角に向いているという特徴があるが、ズーム比が２倍程度と小さいという問題がある。また、フォーカス調整を行うには２つのレンズ群の少なくとも一方を移動させる必要があるが、いずれのレンズ群も大きく重いことから、オートフォーカスに向いていないという問題がある。この問題を解決するために、２群ズームレンズの像側に正パワーの第３レンズ群を配置した３群ズームレンズが数多く提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００８】
これらの３群ズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群、正パワーの第２レンズ群、正パワーの第３レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間の空気間隔が単調減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔が単調増加し、第３レンズ群は固定又は移動するようになっている。
【０００９】
第３レンズ群の光軸方向の移動によりフォーカス調整も行っている。第３レンズ群はテレセントリック性を良好にする作用を有している。また、第３レンズ群は外径の小さい１枚のレンズで構成されているので、パワーの小さい小型モータでも第３レンズ群を高速で移動させることができ、オートフォーカスに適している。第１レンズ群と第２レンズ群の移動は円筒カムにより行われるので、円筒カムを利用して非使用時に３つのレンズ群をすべて固体撮像素子側に寄せて沈胴とすることが可能である。このため、このようなズームレンズを搭載した電子スチルカメラは、非使用時の奥行を薄くすることが可能である。
【００１０】
ここで、コンパクトタイプの電子スチルカメラは、持ち運びやすさの点から非使用時の奥行が薄いことが要望され、また、撮影画像の高解像度化が要望されている。カメラ本体の非使用時の奥行を薄くするには、固体撮像素子の画面サイズを小さくするとともに、ズームレンズの非使用時の光学全長を短縮するとよい。非使用時の光学全長を短くするには、前記のように沈胴構成を採用するとよく、さらに、各レンズ群の全長を短くし、沈胴時のレンズ群間隔を短くするとよい。
【００１１】
撮影画像の高解像度化には、固体撮像素子の画素数を多くするとともに、ズームレンズを高解像度にするとよい。しかし、固体撮像素子の画面サイズを小さくし、画素数を増大させると、画素ピッチが非常に小さくなるため、回折の影響によりズームレンズの結像特性が劣化することに注意する必要がある。回折の影響を低減するには、ズームレンズのＦ値を小さくするとよい。
【００１２】
また、撮影画像からその周辺部の画像を切り取る場合もあることを考えると、撮影画像は画面全体の解像度がより均一であることが望まれる。固体撮像素子の解像度均一性は非常に良好であるが、ズームレンズの解像度特性は、一般に画面中央部では高いが、画面周辺部では低いという傾向がある。また、画角を広げていくと、歪曲収差の補正が困難になるという傾向がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−３９２１４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平１０−３０７２５８号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開２００１−４２２１８号公報
【００１６】
【特許文献４】
特開２００１−１４１９９７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特許文献１の構成では、画角の広さや歪曲収差の補正が不十分であり、特許文献２、３の構成では、歪曲収差の補正が不十分であり、特許文献４の構成では、各レンズ群の全長が長いため、非使用時の光学全長を短くできないという問題があった。
【００１８】
また、電子スチルカメラ用ズームレンズは、３５ｍｍフィルムカメラに用いるズームレンズに比べて、レンズ素子の加工公差、ズームレンズユニットの組立公差が非常に厳しいという問題があった。これは、３５ｍｍフィルムカメラの有効画面（水平３６ｍｍ×垂直２４ｍｍ）の対角長が約４３．３ｍｍであるのに対して、固体撮像素子の有効画面の対角長がかなり小さいことに起因している。
【００１９】
さらに、沈胴構成とするには、変倍に際して移動する移動鏡筒と、移動鏡筒を保持する固定鏡筒が必要であるが、沈胴時光学全長に比べて使用時光学全長があまりにも長い場合には、固定鏡筒が移動鏡筒を安定に保持できないために、一部レンズ群が偏心し、撮影画像の結像特性の劣化を招くという問題があった。このため、ズームレンズの設計性能は良好であっても、レンズ素子と鏡筒部品の加工公差、組立公差が非常に厳しいために、量産で設計性能に近い結像性能を実現することが困難という問題があった。
【００２０】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、解像度が高く、非使用時の光学全長が短く、歪曲収差を良好に補正し、かつ偏心敏感度の低いズームレンズ、及びこれを用いた電子スチルカメラ、ビデオカメラを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、前記第２レンズ群の物体側に固定された絞りとを備えたズームレンズであって、
前記第１レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第１レンズと、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズとであり、
前記第２レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、正レンズの第４レンズと、正レンズの第５レンズと、負レンズの第６レンズと、負レンズの第７レンズと、正レンズの第８レンズとであり、
前記第３レンズ群を構成するレンズは、正レンズの第９レンズであり、
前記第１レンズの像側面、及び前記第４レンズの物体側面はいずれも中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加する非球面であり、
前記第９レンズの物体側面は非球面であり、
撮影距離が無限遠の場合、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群は像側に凸の軌跡を描き、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、
撮影距離が無限遠の場合のズーム比が２.５〜３.２倍の範囲内であり、広角端における画角が７０°〜８０°の範囲内であり、
広角端における前記ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬW、望遠端における前記第ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬT、撮影距離が無限遠で広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆW、前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、前記第３レンズ群の焦点距離をｆG3、物体側から第４番目のレンズの焦点距離をｆ4、物体側から第８番目のレンズの焦点距離をｆ8とすると、
｜ＬW−ＬT｜／ＬW＜０.１
２.５＜ｆG2／ｆW＜３
５＜ｆG3／ｆW＜６
１.４＜ｆ4／ｆG2＜１.６
０.５＜ｆ8／ｆG2＜０.７
の関係を満足することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と備えた３群ズームレンズにおいて、所定の関係を満足することにより、解像度が高く、非使用時光学全長が短いズームレンズを実現できる。
【００２３】
本発明においては、前記第４レンズ、第５レンズの屈折率を、それぞれｎ4、ｎ5とし、前記第４レンズ、前記第５レンズのアッベ数を、それぞれν4、ν5とすると、
ｎ4＞１.７５
ν4＞３５
ｎ5＞１.６
ν5＞４５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、広角端から望遠端への変倍に際しての軸上色収差及び倍率色収差を小さくするとともに、像面湾曲を小さくすることができる。
【００２４】
また、前記第１レンズ群の焦点距離をｆG1、前記第１レンズのレンズの焦点距離をｆ1、前記第２レンズの焦点距離をｆ2とすると、
０.６＜ｆ1／ｆG1＜０.９
１.５＜ｆ2／ｆG1＜４
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第１レンズ群で発生する歪曲収差を補正するとともに、第1レンズ群の光学全長を短くすることができる。
【００２５】
また、前記第４レンズの物体側面の曲率半径をｒ4F、円錐定数をκ4F、４次非球面係数をＤ4Fとすると、
−０.９＜κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3＜−０.７
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、絞りの中央部を通過する画角の小さい光線に対して、第４レンズの物体側面の偏心敏感度を低減することができる。
【００２６】
また、前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、光学全長をｄG2とすると、
０.７＜ｄG2／ｆG2＜１
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、第２レンズ群の光学全長を、短くすることができる。
【００２７】
また、第１レンズの物体側面の曲率半径をｒ1F、像側面の曲率半径をｒ1R、前記第２レンズの物体側面の曲率半径をｒ2F、像側面の曲率半径をｒ2Rとすると、
３＜ｒ1F／ｒ1R＜７
２＜ｒ2F／ｒ2R＜５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第１レンズ群で発生する非点収差及び歪曲収差の補正が容易になる。
【００２８】
また、前記第５レンズと前記第６レンズとが接合されていることが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群の全長を短くできるとともに、第２レンズ群の偏心敏感度も低くできる。
【００２９】
また、前記第７レンズと前記第８レンズとが接合されていることが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群の全長を短くできるとともに、第２レンズ群の偏心敏感度も低くできる。
【００３０】
また、前記第４レンズの像側面は平面、又は凹面であることが好ましい。この構成によれば調心が容易になる。
【００３１】
また、本発明の電子スチルカメラは、前記各ズームレンズのいずれかと、固体撮像素子とを備えている。この構成によれば、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラを提供することができる。
【００３２】
前記構成においては、前記固体撮像素子は、傾き調整可能であることが好ましい。この構成によれば、撮像面の結像特性を改善することができ、撮像画像の全領域で結像特性を良好にできる。
【００３３】
また、本発明のビデオカメラは、前記各ズームレンズのいずれかと、固体撮像素子とを備えている。この構成によれば、解像度が高く、非使用時の奥行が薄いビデオカメラを提供することができる。
【００３４】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るズームレンズは、撮影距離が無限遠の場合のズーム比が２.５〜３.２倍の範囲内であり、広角端における画角が７０°〜８０°の範囲内であり、この構成において、解像度が高く、非使用時の光学全長が短く、歪曲収差を良好に補正し、かつ偏心敏感度の低いズームレンズを実現するものである。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係るズームレンズの構成図であり、図１（ａ）は広角端の状態、図１（ｂ）は中間位置の状態、図１（ｃ）は望遠端の状態を示している。
【００３６】
本図に示したズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群１０、正パワーの第２レンズ群２０、正パワーの第３レンズ群３０を備えている。また、像側には、物体側から順に、光学ローパスフィルタ４０、固体撮像素子５０が配置されており、被写体の像が固体撮像素子５０の撮像面上に形成されることになる。
【００３７】
光学ローパスフィルタ４０は、赤外カットフィルタと３枚の水晶板で構成されており、固体撮像素子５０の保護のためのカバーガラスが取り付けられている。図１の光学ローパスフィルタ４０の図示は、赤外カットフィルタ、光学ローパスフィルタ、及びカバーガラスを１つの等価な平行平板素子で表している。
【００３８】
本実施の形態に係るズームレンズは、物体側から順に負パワー、正パワーの順に配置された２群ズームレンズを基本として、その像側に正パワーのレンズ群を付加した３群ズームレンズである。このズームレンズの変倍は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０との間の間隔を変えるとともに、第３レンズ群３０を光軸方向に移動させることにより行う。この場合、第１レンズ群１０は、像側に凸の軌跡を描くことになる。
【００３９】
フォーカス調整は、第３レンズ群３０を光軸方向に移動させることにより行う。第３レンズ群３０は、３つのレンズ群の中で最も軽いため、フォーカス調整用レンズ群の高速移動が望まれるオートフォーカスに適している。また、第３レンズ群３０は、テレセントリック性を良好にする作用を有するので、固体撮像素子にマイクロレンズが搭載される場合には有用である。
【００４０】
３群ズームレンズにおいて非使用時の光学全長（レンズ系全体の最も物体側のレンズ面の頂点から固体撮像素子の撮像面までの距離）を短くするには、３つのレンズ群の全長を短くするとよい。そこで、後述のように、３つのレンズ群は、いずれも構成枚数を少なくするとともに、各レンズ群の全長を極力短くするようにしている。
【００４１】
ここで、コンパクトタイプの電子スチルカメラでは、非使用時光学全長を短くするとともに、ズームレンズ鏡筒の外径を小さくすることが要望される。円筒カムの回転角は例えば１２０°以下と上限があるため、円筒カムの直径を小さくすると、カム溝の傾斜角が大きくなり、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０を滑らかに移動させることが困難となる。
【００４２】
また、鏡筒は１つの固定鏡筒と、１つ又は複数の移動鏡筒により構成され、沈胴時の光学全長を短くするには固定鏡筒と移動鏡筒を短くする必要がある。しかしながら、沈胴時光学全長に対して使用時光学全長の最大値の比が大きい場合には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とが互いに偏心しやすくなり、レンズ系全体の結像特性が劣化する。これらの問題の解決には、使用時光学全長の最大値を短くすることが有効である。
【００４３】
そこで、本発明は後述のように、広角端における光学全長と望遠端における光学全長との差を小さくすることにより、使用時光学全長の最大値を短くしている。また、第２レンズ群２０の焦点距離と第３レンズ群３０の焦点距離とを適切に設定し、第４レンズ４の焦点距離と第８レンズ８の焦点距離を適切に設定することにより、結像特性が良好になるようにした上で使用時光学全長を短くしている。
【００４４】
負正の２群ズームレンズの使用時光学全長は、広角端又は望遠端で最長となり、途中のズーム位置で最短となる。２群ズームレンズの像側に正パワーで位置固定の第３レンズ群を配置すると、やはり、広角端又は望遠端で最長となり、途中のズーム位置で最短となる。
【００４５】
本発明に係るズームレンズは、各レンズ群の全長を短くするために、以下のような特徴を備えている。図１に示したように、第１レンズ群１０は、その全長を短くするために、物体側から順に、負レンズ（第レンズ１）、負レンズ（第２レンズ２）、正レンズ（第３レンズ３）の３枚のレンズで構成している。第１レンズは、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズであり、第２レンズは、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズであり、第３レンズは、曲率の強い面を物体側に向けた正レンズである。
【００４６】
負レンズの第１レンズ１及び第２レンズ２で負の歪曲収差を発生するが、正パワーの第３レンズ３で正の歪曲収差を発生させて、レンズ系全体の広角端における負の歪曲収差の低減を図っている。また、この歪曲収差をさらに小さくするために、第１レンズ１の像側面を中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加する非球面としている。
【００４７】
第２レンズ群２０は、物体側から順に、正レンズ（第４レンズ４）、正レンズ（第５レンズ５）、負レンズ（第６レンズ６）、負レンズ（第７レンズ７）、正レンズ（第８レンズ８）の５枚構成としている。第４レンズ４は曲率の強い面を物体側に向けている。
【００４８】
第４レンズ４の物体側近傍に絞り２１を配置しているので、軸上光線の入射高は第４レンズ４で最大となり、第４レンズ４が両面とも球面の場合には第４レンズ４で負の球面収差を発生する。そこで、第４レンズ４の物体側面を中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加するような非球面として、第３レンズ群３０で発生する球面収差の低減を図っている。
【００４９】
また、第５レンズ５と第６レンズ６とを接合し、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合させることにより、第２レンズ群２０の全長を短くしている。
【００５０】
第３レンズ群３０は正レンズ（第９レンズ９）の１枚で構成しているので、その全長は短い。この第９レンズ９は、物体側面を非球面として正の歪曲収差を発生させ、広角端における負の歪曲収差の絶対値が低減するようにしている。なお、図１の例では、第９レンズ９は、凸メニスカスレンズであるが、両凸レンズとしてもよい。
【００５１】
フォーカス調整は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とは動かさないで、第３レンズ群３０だけを光軸方向に移動させることにより行う。撮影距離が短くなるにつれて、第３レンズ群３０が物体側に出ていく。第３レンズ群３０は、１枚のレンズで構成され、移動する他の機構部品も含めた移動部分が軽いので、パワーの小さい小型のモータでも高速で移動させることが可能となり、オートフォーカス調整を高速で行うことが可能になる。なお、フォーカス調整のために、第９レンズ９が移動する際に倍率色収差が変化するが、実用上問題ない程度に抑制している。
【００５２】
以下、条件式を用いて本実施の形態について、より具体的に説明する。下記の条件式において、ＬWは広角端における光学全長、ＬTは望遠端における光学全長、ｆWはレンズ系全体の広角端における焦点距離である。ｆGiは物体側から見て、第ｉ番目（ｉは整数）のレンズ群の焦点距離である。
【００５３】
また、物体側から見て、第ｉ番目（ｉは整数）のレンズを第ｉレンズとすると、ｆiは第ｉレンズの焦点距離、ｎiは第ｉレンズの屈折率、νiは第ｉレンズのアッベ数、ｒiFは第ｉレンズの物体側面の曲率半径、ｒiRは第ｉレンズの像側面の曲率半径、また、κ4Fは円錐定数、Ｄ4Fは４次非球面係数、ｄG2は第２レンズ群の光学全長である。
【００５４】
本実施の形態に係るズームレンズは以下の条件式（１）〜（５）を満足している。
【００５５】
式（１） ｜ＬW−ＬT｜／ＬW＜０.１
式（２） ２.５＜ｆG2／ｆW＜３
式（３） ５.０＜ｆG3／ｆW＜６
式（４） １.４＜ｆ4／ｆG2＜１.６
式（５） ０.５＜ｆ8／ｆG2＜０.７
条件式（１）は、使用時光学全長の最大値を短くするとともに良好な結像特性を確保するための条件を表している。使用時光学全長の最大値を短くするには、広角端における光学全長と望遠端における光学全長とを等しくするのが理想である。ただし、広角端における光学全長と望遠端における光学全長を完全に等しくしようとすると、結像特性を犠牲にする場合もある。条件式（１）はこのことを考慮して得られた条件である。条件式（１）が満足されない場合には、使用時の光学全長を短くするとともに良好な結像特性を確保することが困難となる。
【００５６】
条件式（２）は、使用時光学全長を極力短くするとともに、諸収差の発生をバランス良く補正するための条件を表している。ｆG2／ｆWが上限を越えると、第２レンズ群の物像間距離が長くなるために、使用時光学全長が長くなってしまう。この場合、第３レンズ群の倍率を小さくすれば光学全長が短くなるが、第３レンズ群のパワーが大きくなるので、第３レンズ群で発生する像面湾曲がアンダーになり、この像面湾曲を第１レンズ群と第２レンズ群とで補正することが困難となる。
【００５７】
一方、ｆG2／ｆWが下限を越えると、使用時光学全長は短くなるものの、望遠端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置できるだけの空気間隔を確保することが困難となる。
【００５８】
条件式（３）は、固体撮像素子に入射する最大像高における主光線の傾斜角を小さく、つまりテレセントリック性を良好にするとともに、像面湾曲を低減するための条件を表している。ｆG3／ｆWが下限を超えると、テレセントリック性は良好となるものの、レンズ系全体の像面湾曲を補正しきれなくなる。
【００５９】
一方、ｆG3／ｆWが上限を超えると、像面湾曲は低減するものの、テレセントリック性が不十分となる。
【００６０】
条件式（４）及び（５）は、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、使用時のレンズ系全体の光学全長を短くするための条件を表している。ｆ4／ｆG2が上限を超える場合、又はｆ8／ｆG2が下限を超える場合は、第２レンズ群の物体側主点の物体側への偏りが不十分となる。このため、望遠端において第１レンズ群の像側主点から第２レンズ群の物体側主点までの間隔を所望の長さにしようとすると、第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置できる空間を確保できなくなる。
【００６１】
一方、ｆ4／ｆG2が下限を超える場合、又はｆ8／ｆG2が上限を超える場合、第２レンズ群Ｇ２の物体側主点の物体側への偏りは十分となる。このため、望遠端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置する空間を確保するとともに、使用時光学全長を短くすることができる。しかしながら、第５レンズのパワーが過大となるため、第５レンズで発生する球面収差、コマ収差を他のレンズでバランス良く補正することが困難となる。
【００６２】
また、以下の条件式（６）〜（９）を満足することが好ましい。
【００６３】
式（６） ｎ4＞１.７５
式（７） ν4＞３５
式（８） ｎ5＞１.６
式（９） ν5＞４５
条件式（６）〜（９）は、広角端から望遠端への変倍に際しての軸上色収差及び倍率色収差を小さくするとともに、像面湾曲を小さくするための条件を表している。条件式（６）〜（９）のいずれかが満足されない場合には、いずれかのズーム位置において軸上色収差又は倍率色収差が大きくなるため、色にじみが目立ったり、像面湾曲が小さくならないために撮影画像の一部で結像特性が良好でないという問題を生じる。
【００６４】
また、以下の条件式（１０）〜（１１）を満足することが好ましい。
【００６５】
式（１０） ０.６＜ｆ1／ｆG1＜０.９
式（１１） １.５＜ｆ2／ｆG1＜４
条件式（１０）及び条件式（１１）は、第１レンズ群で発生する歪曲収差を補正するとともに、第1レンズ群の光学全長を短くするための条件を表している。ｆ1／ｆG1又はｆ2／ｆG1が上限を超える場合、歪曲収差の補正をすることが容易となるが、第１レンズ群の光学全長が長くなる。このため、使用時の光学全長及び沈胴時の光学全長が長くなる。
【００６６】
一方、ｆ1／ｆG1又はｆ2／ｆG1が下限を超える場合、第１レンズ群の光学全長を短くすることができるが、歪曲収差を補正することが困難となる。
【００６７】
また、以下の条件式（１２）を満足することが好ましい。
【００６８】
式（１２） −０.９＜κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3＜−０.７
条件式（１２）は、第４レンズの物体側面の非球面に関する円錐定数、及び４次非球面係数を規制することにより、絞りの中央部を通過する画角の小さい光線に対して、第４レンズの物体側面の偏心敏感度を低減するための条件を表している。κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3は、非球面の球面からのずれの程度を表している。κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3が下限を越える場合には、非球面の効果により第４レンズの物体側で発生する球面収差は小さくなるが、第４レンズの物体側で発生する偏心コマ収差と偏心非点収差が過大となり、第４レンズの物体側面の偏心敏感度が高くなってしまう。
【００６９】
一方、κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3が上限を越える場合には、第４レンズの物体側で発生する偏心コマ収差と偏心非点収差は小さくなるが、球面収差が補正不足となってしまう。
【００７０】
また、以下の条件式（１３）を満足することが好ましい。
【００７１】
式（１３） ０.７＜ｄG2／ｆG2＜１
条件式（１３）は、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、第２レンズ群の光学全長を、短くするための条件を表している。ｄG2／ｆG2が上限を超える場合、第２レンズ群Ｇ２の光学全長を短くすることができなくなる。一方、ｄG2／ｆG2 が下限を超える場合、球面収差、コマ収差をバランス良く補正することが困難となる。
【００７２】
また、以下の条件式（１４）、（１５）を満足することが好ましい。
【００７３】
式（１４） ３＜ｒ1F／ｒ1R＜７
式（１５） ２＜ｒ2F／ｒ2R＜５
条件式（１４）及び（１５）は、第１レンズ群で発生する非点収差及び歪曲収差を補正するための条件を表している。上限を超える場合、歪曲収差の補正は容易であるが、非点収差が補正不足となる。一方下限を越える場合、歪曲収差を補正することが困難となる。
【００７４】
以下、本実施の形態の実施例を示す。以下の各実施例に係るズームレンズの基本構成は、図１に示したものと同様である。
【００７５】
（実施例１）
実施例１に係るズームレンズは、非使用時に第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第３レンズ群３０を固体撮像素子５０側に寄せる沈胴構成にしており、沈胴時光学全長を短くしている。沈胴構成は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とを光軸方向に移動させる円筒カムのカム溝を延ばすことにより実現できる。
【００７６】
実施例１のレンズの一部は、非球面としており、非球面形状は以下の（数１）で定義している。なお、（数１）〜（数３）を用いて説明する非球面、及びズーム位置の中間位置に関する説明は、以下の実施例２〜５についても同様である。
【００７７】
【数１】
【００７８】
ここで、κは円錐定数、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数、ｈは光軸からの高さ、Ｚは非球面上の光軸からの高さがｈの点におけるサグ量である。
【００７９】
非球面の光軸からの高さがｈの点における局所曲率半径ρは、以下の（数２）により与えられる。
【００８０】
【数２】
【００８１】
撮影距離が無限遠の場合の広角端の焦点距離をｆW、望遠端の焦点距離をｆTとすると、以下の（数３）の焦点距離ｆNとなるズーム位置を中間位置と呼ぶことにする。
【００８２】
【数３】
【００８３】
ズームレンズのレンズデータを以下の表１に示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
非球面データを以下の表２に示す。
【００８６】
【表２】
【００８７】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表３に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
なお、表中の長さの単位はすべてｍｍである。ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄ、νｄはそれぞれｄ線における屈折率、アッベ数である。Ｇ１〜Ｇ３は第１〜第３レンズ群に対応しており、Ｌ１〜Ｌ９は第１〜第９レンズに対応しており、Ｐは平行平板素子４０に対応している。＊印を付した面は非球面である。また、表３において、ｄ６、ｄ１７、ｄ１９は可変部の面間隔であり、図１にその位置を示しており、ｆは焦点距離、ＦはＦナンバー、ω（°）は入射半画角、Ｌは光学全長を示している。これらの表に関する説明は、以下の各表においても同様である。
【００９０】
実施例１に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図２〜図４に示している。図２は広角端の場合、図３は中間位置の場合、図４は望遠端の場合である。各図における（ａ）図は球面収差（ｍｍ）、（ｂ）図は非点収差（ｍｍ）、（ｃ）図は歪曲収差（％）をそれぞれ示している。
【００９１】
また、球面収差図において、実線はｄ線、短破線はＦ線、長破線はＣ線の特性である。非点収差図において、実線はサジタル平面、破線はメリディオナル平面の特性である。図２〜図４より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【００９２】
実施例１では、固体撮像素子として、有効画素数が水平２０４８×垂直１５３６、画素ピッチが水平２.８μｍ×垂直２.８μｍ、実効画面サイズが水平５.７３４４ｍｍ×垂直４.３００８ｍｍのものを用いることができる。また、固体撮像素子として、実効開口率の向上のために画素ごとにマイクロレンズを設けたものを用いることができる。このことは、以下の実施例２〜５についても同様である。
【００９３】
図１に示したズームレンズは、第２レンズ群の偏心敏感度が高い。このため、図１の構成では、第５レンズ５と第６レンズ６とを接合し、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合させている。また、第４レンズ４は像側面を凹面として、必要であれば組み立て時に第４レンズ４を調心しやすいようにしている。
【００９４】
第５レンズ５と第６レンズ６、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合すると、接着剤の両面の境界では屈折率差が小さくなるため、偏心敏感度は低くなる。また、接合した場合は、面間隔誤差を発生しやすいスペーサが不要であるため、スペーサを用いる場合に比べて面間隔の誤差を小さくすることができる。
【００９５】
調心を行う場合は、次のようにするとよい。第５レンズ５と第６レンズ６とを接合したものと、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合したものをレンズ枠に組み込んだ後に、第４レンズ４を所定の位置に取り付け、偏心測定装置を利用して第２レンズ群２０全体の偏心が小さくなるように、第４レンズ４の位置を調整し、最後に接着剤により第４レンズ４をレンズ枠に固定する。
【００９６】
このとき、第４レンズ４の像側面が凸面の場合には、第４レンズ４を移動させようとすると、平行偏心と傾斜偏心との両方を生じるため、調心が難しくなる。これに対して、前記のように、第４レンズ４の像側面を凹面（又は平面）としていれば、第４レンズ４を傾斜させることなく平行移動させることができるため、調心が容易になる。
【００９７】
また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【００９８】
以上のように、実施例１に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【００９９】
なお、前記のレンズの接合、調心、及び固体撮像素子の傾斜に関する説明は、以下の実施例２〜５についても同様である。
【０１００】
（実施例２）
実施例２に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例２では一部のレンズの材質が異なっている。実施例２に係るズームレンズのレンズデータを以下の表４に示す。
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
非球面データを以下の表５に示す。
【０１０３】
【表５】
【０１０４】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表６に示す。
【０１０５】
【表６】
【０１０６】
実施例２に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図５〜図７に示している。図５〜図７より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１０７】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１０８】
以上のように、実施例２に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１０９】
（実施例３）
実施例３に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例３では一部のレンズの材質が異なっている。実施例３に係るズームレンズのレンズデータを以下の表７に示す。
【０１１０】
【表７】
【０１１１】
非球面データを以下の表８に示す。
【０１１２】
【表８】
【０１１３】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表９に示す。
【０１１４】
【表９】
【０１１５】
実施例３に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図８〜図１０に示している。図８〜図１０より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１１６】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１１７】
以上のように、実施例３に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１１８】
（実施例４）
実施例４に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例４では一部のレンズの材質が異なっている。実施例４に係るズームレンズのレンズデータを以下の表１０に示す。
【０１１９】
【表１０】
【０１２０】
非球面データを以下の表１１に示す。
【０１２１】
【表１１】
【０１２２】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表１２に示す。
【０１２３】
【表１２】
【０１２４】
実施例４に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図１１〜図１３に示している。図１１〜図１３より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１２５】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１２６】
以上のように、実施例４に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１２７】
（実施例５）
実施例５に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例４では一部のレンズの材質が異なっている。実施例５に係るズームレンズのレンズデータを以下の表１３に示す。
【０１２８】
【表１３】
【０１２９】
非球面データを以下の表１４に示す。
【０１３０】
【表１４】
【０１３１】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表１５に示す。
【０１３２】
【表１５】
【０１３３】
実施例５に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図１４〜図１６に示している。図１４〜図１６より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１３４】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１３５】
以上のように、実施例５に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１３６】
前記実施例１〜５の前記条件式（１）〜（１５）の値を表１６に示す。表１６中、Ｅ−０４とあるのは、×１０-4のことである。
【０１３７】
【表１６】
【０１３８】
（実施の形態２）
図１７は、本発明の実施の形態２に係る電子スチルカメラの概略構成図を示したものである。図１７において、６０はズームレンズ、５１は固体撮像素子、６１は液晶モニタ、１１は第１レンズ群、２２は絞り、２１は第２レンズ群、３１は第３レンズ群である。
【０１３９】
筐体６２の前側にズームレンズ６０が配置され、ズームレンズ６０の後側には、物体側から順に、光学ローパスフィルタ４１、固体撮像素子５１が配置されている。筐体６２の後側に液晶モニタ６１が配置され、固体撮像素子５１と液晶モニタ６１とは近接している。
【０１４０】
光学ローパスフィルタ４１は、物体側から順に、第１水晶板、第２水晶板、第３水晶板を透明接着剤により互いに接合したものである。３枚の水晶板は平行平面であり、各光学軸はいずれも光軸に対して４５°傾斜している。また、各水晶板の光学軸を固体撮像素子５１の撮像面５２に射影した方向は、ズームレンズ６０側から見て、第１水晶板については画面水平方向から左回りに４５°回転した方向、第２水晶板については画面水平方向から右回りに４５°回転した方向、第３水晶板については画面水平方向となっている。光学ローパスフィルタ４１は、固体撮像素子５１の画素構造に起因するモアレなどの誤信号の発生を防いでいる。光学ローパスフィルタ４１の物体側面には、赤外光を反射し、可視光を透過させる光学多層膜が蒸着されている。
【０１４１】
固体撮像素子５１は、有効画素数が水平２０４８×垂直１５３６、画素ピッチが水平２.８μｍ×垂直２.８μｍ、有効画面サイズが水平５.７３４４ｍｍ×垂直４.３００８ｍｍであり、各画素に微小正レンズが設けられている。固体撮像素子５１の物体側にはカバーガラス４２が設けられている。ズームレンズ６０による被写体の像が撮像面５２に形成される。
【０１４２】
ズームレンズ６０として、図１に示したズームレンズが用いられている。ズームレンズ６０は物体側から順に、第１レンズ群１１、絞り２２、第２レンズ群２１、第３レンズ群３１で構成されている。
【０１４３】
鏡筒は、移動鏡筒６３、第１の円筒カム６４、主鏡筒６５、第２の円筒カム６６、第２レンズ群枠６７、第３レンズ群枠６８で構成されている。第１レンズ群１１は移動鏡筒６３に取り付けられ、第２レンズ群２１と絞り２２とは第２レンズ群枠６７に取り付けられ、第３レンズ群３１は第３レンズ群枠６８に取り付けられている。第２の円筒カム６６を回転させると、第１の円筒カム６４が回転しながら光軸方向に移動し、第１の円筒カム６４が回転すると、移動鏡筒６３と第２レンズ群枠６７が移動するようになっている。こうして、第２の円筒カム６６を回転させると、第１レンズ群１１と第２レンズ群２１とが固体撮像素子５１を基準にした所定の位置に移動するので、広角端から望遠端までの変倍を行うことができる。
【０１４４】
第３レンズ群枠６８はフォーカス調整用モータにより光軸方向に移動可能である。モータにより第３レンズ群３１を光軸方向に移動させながら撮影画像の高周波成分がピークとなる位置を検出して、その位置に第３レンズ群３１を移動させれば、オートフォーカス調整を行うことができる。
【０１４５】
非使用時に第１レンズ群１１、第２レンズ群２１、第３レンズ群３１をすべて固体撮像素子５１側に寄せれば、沈胴式となり、ズームレンズの非使用時の光学全長を非常に短くすることができる。第１レンズ群１１と第２レンズ群２１とを固体撮像素子５１側に寄せるには、第１の円筒カム６４と第２の円筒カム６６のカム溝を伸ばすことにより可能となる。
【０１４６】
こうして、ズーム比が２.５〜３．２倍、広角端における画角が７０°〜８０°程度で、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラを提供することができる。
【０１４７】
なお、図１７に示した電子スチルカメラのズームレンズには、前記実施例１〜５に示したいずれかのズームレンズを用いてもよい。
【０１４８】
また、図１７に示した電子スチルカメラの光学系は、動画を対象とするビデオカメラに用いることもできる。この場合、解像度の高い静止画だけでなく、動画も撮影することができる。
【０１４９】
（実施の形態３）
図１８は実施の形態３に係る電子スチルカメラの腰部構成図を示したものである。図１７と同一構成のものは同一番号を付して、その詳細な説明は省略する。図１８は、図１７に示したような電子スチルカメラにおいて、ズームレンズ６０に対して固体撮像素子５１を傾斜させて取り付けられるように変更した構成を示したものである。
【０１５０】
固体撮像素子５１は、取り付け板７０が取り付けられている。取り付け板７０には周辺部の３個所に穴が設けられ、主鏡筒６５には取り付け板７０の３個所の穴に対応する３個所にビス穴が設けられている。主鏡筒６５の３つのビス穴のうちの２つの近傍に２つの穴が設けられ、その２つの穴にはそれぞれバネ７２が挿入されている。取り付け板７０を主鏡筒６５に取り付け、３本のビス７１（１本のビスは図示せず）が、取り付け板７０の３つの穴を貫通して主鏡筒に取り付けられている。このとき、バネ７２が取り付け板７０を押すように作用するので、バネ７２の近傍のビス７１を回すことにより、固体撮像素子５１の傾斜角と傾斜方位を自由に変えることができる。調整完了後に３本のビスを接着剤で固定すれば、その後はズームレンズ６０に対する固体撮像素子５１の位置、姿勢を安定に保持することができる。
【０１５１】
このようにすると、ズームレンズ６０の各レンズ面が偏心している場合、固体撮像素子５１をその撮像面５２がズームレンズ６０の光軸と垂直となるように取り付けると、撮像面５２の一部の領域で結像特性が良くない場合があるが、固体撮像素子５１を適切に傾斜させることにより、撮像面５２に生じていた結像特性の良くない領域の結像特性を改善することができる。
【０１５２】
固体撮像素子５１の傾斜角範囲は１°程度にするとよい。固体撮像素子５１の傾斜調整は、実際に広角端から望遠端までのいくつかのズーム位置で撮影し、固体撮像素子５１からの出力信号から結像特性の良くない領域を探し、次に、出力信号を見ながら、２つのバネ７２の近傍にある２本のビスを回して、結像特性の良くない領域の結像特性が良好になるように、固体撮像素子５１の傾斜調整を行うとよい。
【０１５３】
このように、実施の形態３における電子スチルカメラは、偏心が存在しても、固体撮像素子を傾斜させることにより固体撮像素子の撮像面上の結像特性を良好にできるズームレンズを用いるので、撮影画像の結像特性を全領域で良好にすることができる。
【０１５４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ズーム比が２.５〜３.２倍、広角端における画角が７０°〜８０°で、解像度が高く、非使用時光学全長が短いズームレンズを提供することができる。また、本発明に係るズームレンズを用いることにより、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラ及びビデオカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの構成図
【図２】本発明の実施例１に係るズームレンズの広角端の収差図
【図３】本発明の実施例１に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図４】本発明の実施例１に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例２に係るズームレンズの広角端の収差図
【図６】本発明の実施例２に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図７】本発明の実施例２に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図８】本発明の実施例３に係るズームレンズの広角端の収差図
【図９】本発明の実施例３に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１０】本発明の実施例３に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１１】本発明の実施例４に係るズームレンズの広角端の収差図
【図１２】本発明の実施例４に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１３】本発明の実施例４に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１４】本発明の実施例５に係るズームレンズの広角端の収差図
【図１５】本発明の実施例５に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１６】本発明の実施例５に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施の形態２に係る電子スチルカメラの概略構成図
【図１８】本発明の実施の形態３に係る電子スチルカメラの要部構成図
【符号の説明】
１０，１１ 第１レンズ群
２０，２１ 第２レンズ群
３０，３１ 第３レンズ群
２１，２２ 絞り
４０ 平行平板素子
５０ 撮像面
１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 第４レンズ
５ 第５レンズ
６ 第６レンズ
７ 第７レンズ
８ 第８レンズ
９ 第９レンズ
６０ ズームレンズ
５１ 固体撮像素子
６１ 液晶モニタ
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に電子スチルカメラ、ビデオカメラに用いられる高画質のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータの進歩、普及と相まって、画像入力装置として電子スチルカメラが急速に普及している。電子スチルカメラに用いられる固体撮像素子の総画素数は１００万画素を超え、最近では総画素数が３００万画素を超える固体撮像素子を搭載した電子スチルカメラも商品化されるようになった。また、ビデオカメラも動画の他に高画質の静止画を撮影できる機能を搭載するようになった。
【０００３】
電子スチルカメラの光学系は、物体側から順に、撮像レンズ、光学ローパスフィルタ、固体撮像素子で構成されている。撮像レンズにより被写体に対応する実像が固体撮像素子の受光面上に形成される。固体撮像素子は画素構造により空間的サンプリングを行い、撮像面上に形成された像の映像信号を出力する。固体撮像素子は薄く、軽く、小型であるため、電子スチルカメラを小型にすることができる。
【０００４】
固体撮像素子は画素構造により空間的サンプリングを行うが、この場合に生じる折り返し歪みを除去するために、一般に、撮像レンズと固体撮像素子の間に光学ローパスフィルタを配置して、ズームレンズが形成する画像から高周波成分を除去している。光学ローパスフィルタは、一般に水晶板で構成され、水晶の複屈折を利用して、自然光が入射すると常光線と異常光線とが離れて平行に出射する性質を利用している。
【０００５】
固体撮像素子は、画面サイズが同じ状態で画素数を増大させると画素ピッチが小さくなるため、開口率が低下し、受光感度が低下する。そこで、固体撮像素子の各画素に微小正レンズを設けて、実効開口率を向上させて、受光感度の低下を防いでいる。この場合、微小正レンズからの出射光の大半を対応する各画素に到達させるために、ズームレンズは各画素に入射する主光線を光軸と平行に近く、つまりテレセントリック性を良好にする必要がある。
【０００６】
電子スチルカメラには多くの形態が考えられるが、その１つの形態としてズーム比が２倍〜３倍のズームレンズを搭載したコンパクトタイプがある。コンパクトタイプでは、持ち運び易さが要望されており、少なくとも非使用時の光学全長（レンズ系全体の最も物体側のレンズ面の頂点から固体撮像素子の撮像面までの距離）を短くする必要がある。また、より高い結像性能のズームレンズ、広角側の画角の広いズームレンズが求められている。
【０００７】
コンパクトタイプに適したズームレンズとして、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群で構成され、２つのレンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズが考えられる。このような２群ズームレンズは、広角に向いているという特徴があるが、ズーム比が２倍程度と小さいという問題がある。また、フォーカス調整を行うには２つのレンズ群の少なくとも一方を移動させる必要があるが、いずれのレンズ群も大きく重いことから、オートフォーカスに向いていないという問題がある。この問題を解決するために、２群ズームレンズの像側に正パワーの第３レンズ群を配置した３群ズームレンズが数多く提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００８】
これらの３群ズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群、正パワーの第２レンズ群、正パワーの第３レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間の空気間隔が単調減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔が単調増加し、第３レンズ群は固定又は移動するようになっている。
【０００９】
第３レンズ群の光軸方向の移動によりフォーカス調整も行っている。第３レンズ群はテレセントリック性を良好にする作用を有している。また、第３レンズ群は外径の小さい１枚のレンズで構成されているので、パワーの小さい小型モータでも第３レンズ群を高速で移動させることができ、オートフォーカスに適している。第１レンズ群と第２レンズ群の移動は円筒カムにより行われるので、円筒カムを利用して非使用時に３つのレンズ群をすべて固体撮像素子側に寄せて沈胴とすることが可能である。このため、このようなズームレンズを搭載した電子スチルカメラは、非使用時の奥行を薄くすることが可能である。
【００１０】
ここで、コンパクトタイプの電子スチルカメラは、持ち運びやすさの点から非使用時の奥行が薄いことが要望され、また、撮影画像の高解像度化が要望されている。カメラ本体の非使用時の奥行を薄くするには、固体撮像素子の画面サイズを小さくするとともに、ズームレンズの非使用時の光学全長を短縮するとよい。非使用時の光学全長を短くするには、前記のように沈胴構成を採用するとよく、さらに、各レンズ群の全長を短くし、沈胴時のレンズ群間隔を短くするとよい。
【００１１】
撮影画像の高解像度化には、固体撮像素子の画素数を多くするとともに、ズームレンズを高解像度にするとよい。しかし、固体撮像素子の画面サイズを小さくし、画素数を増大させると、画素ピッチが非常に小さくなるため、回折の影響によりズームレンズの結像特性が劣化することに注意する必要がある。回折の影響を低減するには、ズームレンズのＦ値を小さくするとよい。
【００１２】
また、撮影画像からその周辺部の画像を切り取る場合もあることを考えると、撮影画像は画面全体の解像度がより均一であることが望まれる。固体撮像素子の解像度均一性は非常に良好であるが、ズームレンズの解像度特性は、一般に画面中央部では高いが、画面周辺部では低いという傾向がある。また、画角を広げていくと、歪曲収差の補正が困難になるという傾向がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−３９２１４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平１０−３０７２５８号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開２００１−４２２１８号公報
【００１６】
【特許文献４】
特開２００１−１４１９９７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特許文献１の構成では、画角の広さや歪曲収差の補正が不十分であり、特許文献２、３の構成では、歪曲収差の補正が不十分であり、特許文献４の構成では、各レンズ群の全長が長いため、非使用時の光学全長を短くできないという問題があった。
【００１８】
また、電子スチルカメラ用ズームレンズは、３５ｍｍフィルムカメラに用いるズームレンズに比べて、レンズ素子の加工公差、ズームレンズユニットの組立公差が非常に厳しいという問題があった。これは、３５ｍｍフィルムカメラの有効画面（水平３６ｍｍ×垂直２４ｍｍ）の対角長が約４３．３ｍｍであるのに対して、固体撮像素子の有効画面の対角長がかなり小さいことに起因している。
【００１９】
さらに、沈胴構成とするには、変倍に際して移動する移動鏡筒と、移動鏡筒を保持する固定鏡筒が必要であるが、沈胴時光学全長に比べて使用時光学全長があまりにも長い場合には、固定鏡筒が移動鏡筒を安定に保持できないために、一部レンズ群が偏心し、撮影画像の結像特性の劣化を招くという問題があった。このため、ズームレンズの設計性能は良好であっても、レンズ素子と鏡筒部品の加工公差、組立公差が非常に厳しいために、量産で設計性能に近い結像性能を実現することが困難という問題があった。
【００２０】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、解像度が高く、非使用時の光学全長が短く、歪曲収差を良好に補正し、かつ偏心敏感度の低いズームレンズ、及びこれを用いた電子スチルカメラ、ビデオカメラを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、前記第２レンズ群の物体側に固定された絞りとを備えたズームレンズであって、
前記第１レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第１レンズと、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズとであり、
前記第２レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、正レンズの第４レンズと、正レンズの第５レンズと、負レンズの第６レンズと、負レンズの第７レンズと、正レンズの第８レンズとであり、
前記第３レンズ群を構成するレンズは、正レンズの第９レンズであり、
前記第１レンズの像側面、及び前記第４レンズの物体側面はいずれも中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加する非球面であり、
前記第９レンズの物体側面は非球面であり、
撮影距離が無限遠の場合、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群は像側に凸の軌跡を描き、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、
撮影距離が無限遠の場合のズーム比が２.５〜３.２倍の範囲内であり、広角端における画角が７０°〜８０°の範囲内であり、
広角端における前記ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬW、望遠端における前記第ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬT、撮影距離が無限遠で広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆW、前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、前記第３レンズ群の焦点距離をｆG3、物体側から第４番目のレンズの焦点距離をｆ4、物体側から第８番目のレンズの焦点距離をｆ8とすると、
｜ＬW−ＬT｜／ＬW＜０.１
２.５＜ｆG2／ｆW＜３
５＜ｆG3／ｆW＜６
１.４＜ｆ4／ｆG2＜１.６
０.５＜ｆ8／ｆG2＜０.７
の関係を満足することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と備えた３群ズームレンズにおいて、所定の関係を満足することにより、解像度が高く、非使用時光学全長が短いズームレンズを実現できる。
【００２３】
本発明においては、前記第４レンズ、第５レンズの屈折率を、それぞれｎ4、ｎ5とし、前記第４レンズ、前記第５レンズのアッベ数を、それぞれν4、ν5とすると、
ｎ4＞１.７５
ν4＞３５
ｎ5＞１.６
ν5＞４５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、広角端から望遠端への変倍に際しての軸上色収差及び倍率色収差を小さくするとともに、像面湾曲を小さくすることができる。
【００２４】
また、前記第１レンズ群の焦点距離をｆG1、前記第１レンズのレンズの焦点距離をｆ1、前記第２レンズの焦点距離をｆ2とすると、
０.６＜ｆ1／ｆG1＜０.９
１.５＜ｆ2／ｆG1＜４
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第１レンズ群で発生する歪曲収差を補正するとともに、第1レンズ群の光学全長を短くすることができる。
【００２５】
また、前記第４レンズの物体側面の曲率半径をｒ4F、円錐定数をκ4F、４次非球面係数をＤ4Fとすると、
−０.９＜κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3＜−０.７
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、絞りの中央部を通過する画角の小さい光線に対して、第４レンズの物体側面の偏心敏感度を低減することができる。
【００２６】
また、前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、光学全長をｄG2とすると、
０.７＜ｄG2／ｆG2＜１
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、第２レンズ群の光学全長を、短くすることができる。
【００２７】
また、第１レンズの物体側面の曲率半径をｒ1F、像側面の曲率半径をｒ1R、前記第２レンズの物体側面の曲率半径をｒ2F、像側面の曲率半径をｒ2Rとすると、
３＜ｒ1F／ｒ1R＜７
２＜ｒ2F／ｒ2R＜５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、第１レンズ群で発生する非点収差及び歪曲収差の補正が容易になる。
【００２８】
また、前記第５レンズと前記第６レンズとが接合されていることが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群の全長を短くできるとともに、第２レンズ群の偏心敏感度も低くできる。
【００２９】
また、前記第７レンズと前記第８レンズとが接合されていることが好ましい。この構成によれば、第２レンズ群の全長を短くできるとともに、第２レンズ群の偏心敏感度も低くできる。
【００３０】
また、前記第４レンズの像側面は平面、又は凹面であることが好ましい。この構成によれば調心が容易になる。
【００３１】
また、本発明の電子スチルカメラは、前記各ズームレンズのいずれかと、固体撮像素子とを備えている。この構成によれば、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラを提供することができる。
【００３２】
前記構成においては、前記固体撮像素子は、傾き調整可能であることが好ましい。この構成によれば、撮像面の結像特性を改善することができ、撮像画像の全領域で結像特性を良好にできる。
【００３３】
また、本発明のビデオカメラは、前記各ズームレンズのいずれかと、固体撮像素子とを備えている。この構成によれば、解像度が高く、非使用時の奥行が薄いビデオカメラを提供することができる。
【００３４】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るズームレンズは、撮影距離が無限遠の場合のズーム比が２.５〜３.２倍の範囲内であり、広角端における画角が７０°〜８０°の範囲内であり、この構成において、解像度が高く、非使用時の光学全長が短く、歪曲収差を良好に補正し、かつ偏心敏感度の低いズームレンズを実現するものである。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係るズームレンズの構成図であり、図１（ａ）は広角端の状態、図１（ｂ）は中間位置の状態、図１（ｃ）は望遠端の状態を示している。
【００３６】
本図に示したズームレンズは、物体側から順に、負パワーの第１レンズ群１０、正パワーの第２レンズ群２０、正パワーの第３レンズ群３０を備えている。また、像側には、物体側から順に、光学ローパスフィルタ４０、固体撮像素子５０が配置されており、被写体の像が固体撮像素子５０の撮像面上に形成されることになる。
【００３７】
光学ローパスフィルタ４０は、赤外カットフィルタと３枚の水晶板で構成されており、固体撮像素子５０の保護のためのカバーガラスが取り付けられている。図１の光学ローパスフィルタ４０の図示は、赤外カットフィルタ、光学ローパスフィルタ、及びカバーガラスを１つの等価な平行平板素子で表している。
【００３８】
本実施の形態に係るズームレンズは、物体側から順に負パワー、正パワーの順に配置された２群ズームレンズを基本として、その像側に正パワーのレンズ群を付加した３群ズームレンズである。このズームレンズの変倍は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０との間の間隔を変えるとともに、第３レンズ群３０を光軸方向に移動させることにより行う。この場合、第１レンズ群１０は、像側に凸の軌跡を描くことになる。
【００３９】
フォーカス調整は、第３レンズ群３０を光軸方向に移動させることにより行う。第３レンズ群３０は、３つのレンズ群の中で最も軽いため、フォーカス調整用レンズ群の高速移動が望まれるオートフォーカスに適している。また、第３レンズ群３０は、テレセントリック性を良好にする作用を有するので、固体撮像素子にマイクロレンズが搭載される場合には有用である。
【００４０】
３群ズームレンズにおいて非使用時の光学全長（レンズ系全体の最も物体側のレンズ面の頂点から固体撮像素子の撮像面までの距離）を短くするには、３つのレンズ群の全長を短くするとよい。そこで、後述のように、３つのレンズ群は、いずれも構成枚数を少なくするとともに、各レンズ群の全長を極力短くするようにしている。
【００４１】
ここで、コンパクトタイプの電子スチルカメラでは、非使用時光学全長を短くするとともに、ズームレンズ鏡筒の外径を小さくすることが要望される。円筒カムの回転角は例えば１２０°以下と上限があるため、円筒カムの直径を小さくすると、カム溝の傾斜角が大きくなり、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０を滑らかに移動させることが困難となる。
【００４２】
また、鏡筒は１つの固定鏡筒と、１つ又は複数の移動鏡筒により構成され、沈胴時の光学全長を短くするには固定鏡筒と移動鏡筒を短くする必要がある。しかしながら、沈胴時光学全長に対して使用時光学全長の最大値の比が大きい場合には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とが互いに偏心しやすくなり、レンズ系全体の結像特性が劣化する。これらの問題の解決には、使用時光学全長の最大値を短くすることが有効である。
【００４３】
そこで、本発明は後述のように、広角端における光学全長と望遠端における光学全長との差を小さくすることにより、使用時光学全長の最大値を短くしている。また、第２レンズ群２０の焦点距離と第３レンズ群３０の焦点距離とを適切に設定し、第４レンズ４の焦点距離と第８レンズ８の焦点距離を適切に設定することにより、結像特性が良好になるようにした上で使用時光学全長を短くしている。
【００４４】
負正の２群ズームレンズの使用時光学全長は、広角端又は望遠端で最長となり、途中のズーム位置で最短となる。２群ズームレンズの像側に正パワーで位置固定の第３レンズ群を配置すると、やはり、広角端又は望遠端で最長となり、途中のズーム位置で最短となる。
【００４５】
本発明に係るズームレンズは、各レンズ群の全長を短くするために、以下のような特徴を備えている。図１に示したように、第１レンズ群１０は、その全長を短くするために、物体側から順に、負レンズ（第レンズ１）、負レンズ（第２レンズ２）、正レンズ（第３レンズ３）の３枚のレンズで構成している。第１レンズは、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズであり、第２レンズは、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズであり、第３レンズは、曲率の強い面を物体側に向けた正レンズである。
【００４６】
負レンズの第１レンズ１及び第２レンズ２で負の歪曲収差を発生するが、正パワーの第３レンズ３で正の歪曲収差を発生させて、レンズ系全体の広角端における負の歪曲収差の低減を図っている。また、この歪曲収差をさらに小さくするために、第１レンズ１の像側面を中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加する非球面としている。
【００４７】
第２レンズ群２０は、物体側から順に、正レンズ（第４レンズ４）、正レンズ（第５レンズ５）、負レンズ（第６レンズ６）、負レンズ（第７レンズ７）、正レンズ（第８レンズ８）の５枚構成としている。第４レンズ４は曲率の強い面を物体側に向けている。
【００４８】
第４レンズ４の物体側近傍に絞り２１を配置しているので、軸上光線の入射高は第４レンズ４で最大となり、第４レンズ４が両面とも球面の場合には第４レンズ４で負の球面収差を発生する。そこで、第４レンズ４の物体側面を中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加するような非球面として、第３レンズ群３０で発生する球面収差の低減を図っている。
【００４９】
また、第５レンズ５と第６レンズ６とを接合し、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合させることにより、第２レンズ群２０の全長を短くしている。
【００５０】
第３レンズ群３０は正レンズ（第９レンズ９）の１枚で構成しているので、その全長は短い。この第９レンズ９は、物体側面を非球面として正の歪曲収差を発生させ、広角端における負の歪曲収差の絶対値が低減するようにしている。なお、図１の例では、第９レンズ９は、凸メニスカスレンズであるが、両凸レンズとしてもよい。
【００５１】
フォーカス調整は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とは動かさないで、第３レンズ群３０だけを光軸方向に移動させることにより行う。撮影距離が短くなるにつれて、第３レンズ群３０が物体側に出ていく。第３レンズ群３０は、１枚のレンズで構成され、移動する他の機構部品も含めた移動部分が軽いので、パワーの小さい小型のモータでも高速で移動させることが可能となり、オートフォーカス調整を高速で行うことが可能になる。なお、フォーカス調整のために、第９レンズ９が移動する際に倍率色収差が変化するが、実用上問題ない程度に抑制している。
【００５２】
以下、条件式を用いて本実施の形態について、より具体的に説明する。下記の条件式において、ＬWは広角端における光学全長、ＬTは望遠端における光学全長、ｆWはレンズ系全体の広角端における焦点距離である。ｆGiは物体側から見て、第ｉ番目（ｉは整数）のレンズ群の焦点距離である。
【００５３】
また、物体側から見て、第ｉ番目（ｉは整数）のレンズを第ｉレンズとすると、ｆiは第ｉレンズの焦点距離、ｎiは第ｉレンズの屈折率、νiは第ｉレンズのアッベ数、ｒiFは第ｉレンズの物体側面の曲率半径、ｒiRは第ｉレンズの像側面の曲率半径、また、κ4Fは円錐定数、Ｄ4Fは４次非球面係数、ｄG2は第２レンズ群の光学全長である。
【００５４】
本実施の形態に係るズームレンズは以下の条件式（１）〜（５）を満足している。
【００５５】
式（１） ｜ＬW−ＬT｜／ＬW＜０.１
式（２） ２.５＜ｆG2／ｆW＜３
式（３） ５.０＜ｆG3／ｆW＜６
式（４） １.４＜ｆ4／ｆG2＜１.６
式（５） ０.５＜ｆ8／ｆG2＜０.７
条件式（１）は、使用時光学全長の最大値を短くするとともに良好な結像特性を確保するための条件を表している。使用時光学全長の最大値を短くするには、広角端における光学全長と望遠端における光学全長とを等しくするのが理想である。ただし、広角端における光学全長と望遠端における光学全長を完全に等しくしようとすると、結像特性を犠牲にする場合もある。条件式（１）はこのことを考慮して得られた条件である。条件式（１）が満足されない場合には、使用時の光学全長を短くするとともに良好な結像特性を確保することが困難となる。
【００５６】
条件式（２）は、使用時光学全長を極力短くするとともに、諸収差の発生をバランス良く補正するための条件を表している。ｆG2／ｆWが上限を越えると、第２レンズ群の物像間距離が長くなるために、使用時光学全長が長くなってしまう。この場合、第３レンズ群の倍率を小さくすれば光学全長が短くなるが、第３レンズ群のパワーが大きくなるので、第３レンズ群で発生する像面湾曲がアンダーになり、この像面湾曲を第１レンズ群と第２レンズ群とで補正することが困難となる。
【００５７】
一方、ｆG2／ｆWが下限を越えると、使用時光学全長は短くなるものの、望遠端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置できるだけの空気間隔を確保することが困難となる。
【００５８】
条件式（３）は、固体撮像素子に入射する最大像高における主光線の傾斜角を小さく、つまりテレセントリック性を良好にするとともに、像面湾曲を低減するための条件を表している。ｆG3／ｆWが下限を超えると、テレセントリック性は良好となるものの、レンズ系全体の像面湾曲を補正しきれなくなる。
【００５９】
一方、ｆG3／ｆWが上限を超えると、像面湾曲は低減するものの、テレセントリック性が不十分となる。
【００６０】
条件式（４）及び（５）は、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、使用時のレンズ系全体の光学全長を短くするための条件を表している。ｆ4／ｆG2が上限を超える場合、又はｆ8／ｆG2が下限を超える場合は、第２レンズ群の物体側主点の物体側への偏りが不十分となる。このため、望遠端において第１レンズ群の像側主点から第２レンズ群の物体側主点までの間隔を所望の長さにしようとすると、第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置できる空間を確保できなくなる。
【００６１】
一方、ｆ4／ｆG2が下限を超える場合、又はｆ8／ｆG2が上限を超える場合、第２レンズ群Ｇ２の物体側主点の物体側への偏りは十分となる。このため、望遠端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に絞りを配置する空間を確保するとともに、使用時光学全長を短くすることができる。しかしながら、第５レンズのパワーが過大となるため、第５レンズで発生する球面収差、コマ収差を他のレンズでバランス良く補正することが困難となる。
【００６２】
また、以下の条件式（６）〜（９）を満足することが好ましい。
【００６３】
式（６） ｎ4＞１.７５
式（７） ν4＞３５
式（８） ｎ5＞１.６
式（９） ν5＞４５
条件式（６）〜（９）は、広角端から望遠端への変倍に際しての軸上色収差及び倍率色収差を小さくするとともに、像面湾曲を小さくするための条件を表している。条件式（６）〜（９）のいずれかが満足されない場合には、いずれかのズーム位置において軸上色収差又は倍率色収差が大きくなるため、色にじみが目立ったり、像面湾曲が小さくならないために撮影画像の一部で結像特性が良好でないという問題を生じる。
【００６４】
また、以下の条件式（１０）〜（１１）を満足することが好ましい。
【００６５】
式（１０） ０.６＜ｆ1／ｆG1＜０.９
式（１１） １.５＜ｆ2／ｆG1＜４
条件式（１０）及び条件式（１１）は、第１レンズ群で発生する歪曲収差を補正するとともに、第1レンズ群の光学全長を短くするための条件を表している。ｆ1／ｆG1又はｆ2／ｆG1が上限を超える場合、歪曲収差の補正をすることが容易となるが、第１レンズ群の光学全長が長くなる。このため、使用時の光学全長及び沈胴時の光学全長が長くなる。
【００６６】
一方、ｆ1／ｆG1又はｆ2／ｆG1が下限を超える場合、第１レンズ群の光学全長を短くすることができるが、歪曲収差を補正することが困難となる。
【００６７】
また、以下の条件式（１２）を満足することが好ましい。
【００６８】
式（１２） −０.９＜κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3＜−０.７
条件式（１２）は、第４レンズの物体側面の非球面に関する円錐定数、及び４次非球面係数を規制することにより、絞りの中央部を通過する画角の小さい光線に対して、第４レンズの物体側面の偏心敏感度を低減するための条件を表している。κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3は、非球面の球面からのずれの程度を表している。κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3が下限を越える場合には、非球面の効果により第４レンズの物体側で発生する球面収差は小さくなるが、第４レンズの物体側で発生する偏心コマ収差と偏心非点収差が過大となり、第４レンズの物体側面の偏心敏感度が高くなってしまう。
【００６９】
一方、κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3が上限を越える場合には、第４レンズの物体側で発生する偏心コマ収差と偏心非点収差は小さくなるが、球面収差が補正不足となってしまう。
【００７０】
また、以下の条件式（１３）を満足することが好ましい。
【００７１】
式（１３） ０.７＜ｄG2／ｆG2＜１
条件式（１３）は、第２レンズ群で発生する諸収差をバランス良く補正するとともに、第２レンズ群の光学全長を、短くするための条件を表している。ｄG2／ｆG2が上限を超える場合、第２レンズ群Ｇ２の光学全長を短くすることができなくなる。一方、ｄG2／ｆG2 が下限を超える場合、球面収差、コマ収差をバランス良く補正することが困難となる。
【００７２】
また、以下の条件式（１４）、（１５）を満足することが好ましい。
【００７３】
式（１４） ３＜ｒ1F／ｒ1R＜７
式（１５） ２＜ｒ2F／ｒ2R＜５
条件式（１４）及び（１５）は、第１レンズ群で発生する非点収差及び歪曲収差を補正するための条件を表している。上限を超える場合、歪曲収差の補正は容易であるが、非点収差が補正不足となる。一方下限を越える場合、歪曲収差を補正することが困難となる。
【００７４】
以下、本実施の形態の実施例を示す。以下の各実施例に係るズームレンズの基本構成は、図１に示したものと同様である。
【００７５】
（実施例１）
実施例１に係るズームレンズは、非使用時に第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第３レンズ群３０を固体撮像素子５０側に寄せる沈胴構成にしており、沈胴時光学全長を短くしている。沈胴構成は、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０とを光軸方向に移動させる円筒カムのカム溝を延ばすことにより実現できる。
【００７６】
実施例１のレンズの一部は、非球面としており、非球面形状は以下の（数１）で定義している。なお、（数１）〜（数３）を用いて説明する非球面、及びズーム位置の中間位置に関する説明は、以下の実施例２〜５についても同様である。
【００７７】
【数１】
ここで、κは円錐定数、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数、ｈは光軸からの高さ、Ｚは非球面上の光軸からの高さがｈの点におけるサグ量である。
【００７９】
非球面の光軸からの高さがｈの点における局所曲率半径ρは、以下の（数２）により与えられる。
【００８０】
【数２】
撮影距離が無限遠の場合の広角端の焦点距離をｆW、望遠端の焦点距離をｆTとすると、以下の（数３）の焦点距離ｆNとなるズーム位置を中間位置と呼ぶことにする。
【００８２】
【数３】
ズームレンズのレンズデータを以下の表１に示す。
【００８４】
【表１】
非球面データを以下の表２に示す。
【００８６】
【表２】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表３に示す。
【００８８】
【表３】
なお、表中の長さの単位はすべてｍｍである。ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄ、νｄはそれぞれｄ線における屈折率、アッベ数である。Ｇ１〜Ｇ３は第１〜第３レンズ群に対応しており、Ｌ１〜Ｌ９は第１〜第９レンズに対応しており、Ｐは平行平板素子４０に対応している。＊印を付した面は非球面である。また、表３において、ｄ６、ｄ１７、ｄ１９は可変部の面間隔であり、図１にその位置を示しており、ｆは焦点距離、ＦはＦナンバー、ω（°）は入射半画角、Ｌは光学全長を示している。これらの表に関する説明は、以下の各表においても同様である。
【００９０】
実施例１に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図２〜図４に示している。図２は広角端の場合、図３は中間位置の場合、図４は望遠端の場合である。各図における（ａ）図は球面収差（ｍｍ）、（ｂ）図は非点収差（ｍｍ）、（ｃ）図は歪曲収差（％）をそれぞれ示している。
【００９１】
また、球面収差図において、実線はｄ線、短破線はＦ線、長破線はＣ線の特性である。非点収差図において、実線はサジタル平面、破線はメリディオナル平面の特性である。図２〜図４より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【００９２】
実施例１では、固体撮像素子として、有効画素数が水平２０４８×垂直１５３６、画素ピッチが水平２.８μｍ×垂直２.８μｍ、実効画面サイズが水平５.７３４４ｍｍ×垂直４.３００８ｍｍのものを用いることができる。また、固体撮像素子として、実効開口率の向上のために画素ごとにマイクロレンズを設けたものを用いることができる。このことは、以下の実施例２〜５についても同様である。
【００９３】
図１に示したズームレンズは、第２レンズ群の偏心敏感度が高い。このため、図１の構成では、第５レンズ５と第６レンズ６とを接合し、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合させている。また、第４レンズ４は像側面を凹面として、必要であれば組み立て時に第４レンズ４を調心しやすいようにしている。
【００９４】
第５レンズ５と第６レンズ６、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合すると、接着剤の両面の境界では屈折率差が小さくなるため、偏心敏感度は低くなる。また、接合した場合は、面間隔誤差を発生しやすいスペーサが不要であるため、スペーサを用いる場合に比べて面間隔の誤差を小さくすることができる。
【００９５】
調心を行う場合は、次のようにするとよい。第５レンズ５と第６レンズ６とを接合したものと、第７レンズ７と第８レンズ８とを接合したものをレンズ枠に組み込んだ後に、第４レンズ４を所定の位置に取り付け、偏心測定装置を利用して第２レンズ群２０全体の偏心が小さくなるように、第４レンズ４の位置を調整し、最後に接着剤により第４レンズ４をレンズ枠に固定する。
【００９６】
このとき、第４レンズ４の像側面が凸面の場合には、第４レンズ４を移動させようとすると、平行偏心と傾斜偏心との両方を生じるため、調心が難しくなる。これに対して、前記のように、第４レンズ４の像側面を凹面（又は平面）としていれば、第４レンズ４を傾斜させることなく平行移動させることができるため、調心が容易になる。
【００９７】
また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【００９８】
以上のように、実施例１に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【００９９】
なお、前記のレンズの接合、調心、及び固体撮像素子の傾斜に関する説明は、以下の実施例２〜５についても同様である。
【０１００】
（実施例２）
実施例２に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例２では一部のレンズの材質が異なっている。実施例２に係るズームレンズのレンズデータを以下の表４に示す。
【０１０１】
【表４】
非球面データを以下の表５に示す。
【０１０３】
【表５】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表６に示す。
【０１０５】
【表６】
実施例２に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図５〜図７に示している。図５〜図７より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１０７】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１０８】
以上のように、実施例２に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１０９】
（実施例３）
実施例３に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例３では一部のレンズの材質が異なっている。実施例３に係るズームレンズのレンズデータを以下の表７に示す。
【０１１０】
【表７】
非球面データを以下の表８に示す。
【０１１２】
【表８】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表９に示す。
【０１１４】
【表９】
実施例３に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図８〜図１０に示している。図８〜図１０より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１１６】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１１７】
以上のように、実施例３に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１１８】
（実施例４）
実施例４に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例４では一部のレンズの材質が異なっている。実施例４に係るズームレンズのレンズデータを以下の表１０に示す。
【０１１９】
【表１０】
非球面データを以下の表１１に示す。
【０１２１】
【表１１】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表１２に示す。
【０１２３】
【表１２】
実施例４に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図１１〜図１３に示している。図１１〜図１３より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１２５】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１２６】
以上のように、実施例４に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１２７】
（実施例５）
実施例５に係るズームレンズ基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例４では一部のレンズの材質が異なっている。実施例５に係るズームレンズのレンズデータを以下の表１３に示す。
【０１２８】
【表１３】
非球面データを以下の表１４に示す。
【０１３０】
【表１４】
撮影距離が無限遠の場合の可変面間隔データを以下の表１５に示す。
【０１３２】
【表１５】
実施例５に係るズームレンズの撮影距離が無限遠で絞り開放時の収差図を、図１４〜図１６に示している。図１４〜図１６より、ズーム位置が変化した場合でも諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【０１３４】
本実施例においても、第４レンズの像面側を凹面としているので、必要であれば、実施例１と同様に、第４レンズの調心を容易に行うことができる。また、固体撮像素子を１°以内で傾斜させることにより、固体撮像素子上の結像特性を良好にすることができる。
【０１３５】
以上のように、実施例５に係るズームレンズは、ズーム比が３．０倍、広角端における画角が７６.５°程度で、解像度が高く、非使用時光学全長が短く、歪曲収差が良好に補正されたものとなっている。
【０１３６】
前記実施例１〜５の前記条件式（１）〜（１５）の値を表１６に示す。表１６中、Ｅ−０４とあるのは、×１０-4のことである。
【０１３７】
【表１６】
（実施の形態２）
図１７は、本発明の実施の形態２に係る電子スチルカメラの概略構成図を示したものである。図１７において、６０はズームレンズ、５１は固体撮像素子、６１は液晶モニタ、１１は第１レンズ群、２２は絞り、２１は第２レンズ群、３１は第３レンズ群である。
【０１３９】
筐体６２の前側にズームレンズ６０が配置され、ズームレンズ６０の後側には、物体側から順に、光学ローパスフィルタ４１、固体撮像素子５１が配置されている。筐体６２の後側に液晶モニタ６１が配置され、固体撮像素子５１と液晶モニタ６１とは近接している。
【０１４０】
光学ローパスフィルタ４１は、物体側から順に、第１水晶板、第２水晶板、第３水晶板を透明接着剤により互いに接合したものである。３枚の水晶板は平行平面であり、各光学軸はいずれも光軸に対して４５°傾斜している。また、各水晶板の光学軸を固体撮像素子５１の撮像面５２に射影した方向は、ズームレンズ６０側から見て、第１水晶板については画面水平方向から左回りに４５°回転した方向、第２水晶板については画面水平方向から右回りに４５°回転した方向、第３水晶板については画面水平方向となっている。光学ローパスフィルタ４１は、固体撮像素子５１の画素構造に起因するモアレなどの誤信号の発生を防いでいる。光学ローパスフィルタ４１の物体側面には、赤外光を反射し、可視光を透過させる光学多層膜が蒸着されている。
【０１４１】
固体撮像素子５１は、有効画素数が水平２０４８×垂直１５３６、画素ピッチが水平２.８μｍ×垂直２.８μｍ、有効画面サイズが水平５.７３４４ｍｍ×垂直４.３００８ｍｍであり、各画素に微小正レンズが設けられている。固体撮像素子５１の物体側にはカバーガラス４２が設けられている。ズームレンズ６０による被写体の像が撮像面５２に形成される。
【０１４２】
ズームレンズ６０として、図１に示したズームレンズが用いられている。ズームレンズ６０は物体側から順に、第１レンズ群１１、絞り２２、第２レンズ群２１、第３レンズ群３１で構成されている。
【０１４３】
鏡筒は、移動鏡筒６３、第１の円筒カム６４、主鏡筒６５、第２の円筒カム６６、第２レンズ群枠６７、第３レンズ群枠６８で構成されている。第１レンズ群１１は移動鏡筒６３に取り付けられ、第２レンズ群２１と絞り２２とは第２レンズ群枠６７に取り付けられ、第３レンズ群３１は第３レンズ群枠６８に取り付けられている。第２の円筒カム６６を回転させると、第１の円筒カム６４が回転しながら光軸方向に移動し、第１の円筒カム６４が回転すると、移動鏡筒６３と第２レンズ群枠６７が移動するようになっている。こうして、第２の円筒カム６６を回転させると、第１レンズ群１１と第２レンズ群２１とが固体撮像素子５１を基準にした所定の位置に移動するので、広角端から望遠端までの変倍を行うことができる。
【０１４４】
第３レンズ群枠６８はフォーカス調整用モータにより光軸方向に移動可能である。モータにより第３レンズ群３１を光軸方向に移動させながら撮影画像の高周波成分がピークとなる位置を検出して、その位置に第３レンズ群３１を移動させれば、オートフォーカス調整を行うことができる。
【０１４５】
非使用時に第１レンズ群１１、第２レンズ群２１、第３レンズ群３１をすべて固体撮像素子５１側に寄せれば、沈胴式となり、ズームレンズの非使用時の光学全長を非常に短くすることができる。第１レンズ群１１と第２レンズ群２１とを固体撮像素子５１側に寄せるには、第１の円筒カム６４と第２の円筒カム６６のカム溝を伸ばすことにより可能となる。
【０１４６】
こうして、ズーム比が２.５〜３．２倍、広角端における画角が７０°〜８０°程度で、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラを提供することができる。
【０１４７】
なお、図１７に示した電子スチルカメラのズームレンズには、前記実施例１〜５に示したいずれかのズームレンズを用いてもよい。
【０１４８】
また、図１７に示した電子スチルカメラの光学系は、動画を対象とするビデオカメラに用いることもできる。この場合、解像度の高い静止画だけでなく、動画も撮影することができる。
【０１４９】
（実施の形態３）
図１８は実施の形態３に係る電子スチルカメラの腰部構成図を示したものである。図１７と同一構成のものは同一番号を付して、その詳細な説明は省略する。図１８は、図１７に示したような電子スチルカメラにおいて、ズームレンズ６０に対して固体撮像素子５１を傾斜させて取り付けられるように変更した構成を示したものである。
【０１５０】
固体撮像素子５１は、取り付け板７０が取り付けられている。取り付け板７０には周辺部の３個所に穴が設けられ、主鏡筒６５には取り付け板７０の３個所の穴に対応する３個所にビス穴が設けられている。主鏡筒６５の３つのビス穴のうちの２つの近傍に２つの穴が設けられ、その２つの穴にはそれぞれバネ７２が挿入されている。取り付け板７０を主鏡筒６５に取り付け、３本のビス７１（１本のビスは図示せず）が、取り付け板７０の３つの穴を貫通して主鏡筒に取り付けられている。このとき、バネ７２が取り付け板７０を押すように作用するので、バネ７２の近傍のビス７１を回すことにより、固体撮像素子５１の傾斜角と傾斜方位を自由に変えることができる。調整完了後に３本のビスを接着剤で固定すれば、その後はズームレンズ６０に対する固体撮像素子５１の位置、姿勢を安定に保持することができる。
【０１５１】
このようにすると、ズームレンズ６０の各レンズ面が偏心している場合、固体撮像素子５１をその撮像面５２がズームレンズ６０の光軸と垂直となるように取り付けると、撮像面５２の一部の領域で結像特性が良くない場合があるが、固体撮像素子５１を適切に傾斜させることにより、撮像面５２に生じていた結像特性の良くない領域の結像特性を改善することができる。
【０１５２】
固体撮像素子５１の傾斜角範囲は１°程度にするとよい。固体撮像素子５１の傾斜調整は、実際に広角端から望遠端までのいくつかのズーム位置で撮影し、固体撮像素子５１からの出力信号から結像特性の良くない領域を探し、次に、出力信号を見ながら、２つのバネ７２の近傍にある２本のビスを回して、結像特性の良くない領域の結像特性が良好になるように、固体撮像素子５１の傾斜調整を行うとよい。
【０１５３】
このように、実施の形態３における電子スチルカメラは、偏心が存在しても、固体撮像素子を傾斜させることにより固体撮像素子の撮像面上の結像特性を良好にできるズームレンズを用いるので、撮影画像の結像特性を全領域で良好にすることができる。
【０１５４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ズーム比が２.５〜３.２倍、広角端における画角が７０°〜８０°で、解像度が高く、非使用時光学全長が短いズームレンズを提供することができる。また、本発明に係るズームレンズを用いることにより、解像度が高く、非使用時の奥行が薄い電子スチルカメラ及びビデオカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの構成図
【図２】本発明の実施例１に係るズームレンズの広角端の収差図
【図３】本発明の実施例１に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図４】本発明の実施例１に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例２に係るズームレンズの広角端の収差図
【図６】本発明の実施例２に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図７】本発明の実施例２に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図８】本発明の実施例３に係るズームレンズの広角端の収差図
【図９】本発明の実施例３に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１０】本発明の実施例３に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１１】本発明の実施例４に係るズームレンズの広角端の収差図
【図１２】本発明の実施例４に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１３】本発明の実施例４に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１４】本発明の実施例５に係るズームレンズの広角端の収差図
【図１５】本発明の実施例５に係るズームレンズの中間位置の収差図
【図１６】本発明の実施例５に係るズームレンズの望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施の形態２に係る電子スチルカメラの概略構成図
【図１８】本発明の実施の形態３に係る電子スチルカメラの要部構成図
【符号の説明】
１０，１１ 第１レンズ群
２０，２１ 第２レンズ群
３０，３１ 第３レンズ群
２１，２２ 絞り
４０ 平行平板素子
５０ 撮像面
１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 第４レンズ
５ 第５レンズ
６ 第６レンズ
７ 第７レンズ
８ 第８レンズ
９ 第９レンズ
６０ ズームレンズ
５１ 固体撮像素子
６１ 液晶モニタ
Claims (12)
- 物体側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、前記第２レンズ群の物体側に固定された絞りとを備えたズームレンズであって、
前記第１レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第１レンズと、曲率の強い面を像側に向けた負メニスカスレンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズとであり、
前記第２レンズ群を構成するレンズは、物体側から順に、正レンズの第４レンズと、正レンズの第５レンズと、負レンズの第６レンズと、負レンズの第７レンズと、正レンズの第８レンズとであり、
前記第３レンズ群を構成するレンズは、正レンズの第９レンズであり、
前記第１レンズの像側面、及び前記第４レンズの物体側面はいずれも中心から離れるにつれて局所曲率半径が単調増加する非球面であり、
前記第９レンズの物体側面は非球面であり、
撮影距離が無限遠の場合、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群は像側に凸の軌跡を描き、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、
撮影距離が無限遠の場合のズーム比が２.５〜３.２倍の範囲内であり、広角端における画角が７０°〜８０°の範囲内であり、
広角端における前記ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬW、望遠端における前記第ズームレンズの物体側面の頂点から像面までの距離をＬT、撮影距離が無限遠で広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆW、前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、前記第３レンズ群の焦点距離をｆG3、物体側から第４番目のレンズの焦点距離をｆ4、物体側から第８番目のレンズの焦点距離をｆ8とすると、
｜ＬW−ＬT｜／ＬW＜０.１
２.５＜ｆG2／ｆW＜３
５＜ｆG3／ｆW＜６
１.４＜ｆ4／ｆG2＜１.６
０.５＜ｆ8／ｆG2＜０.７
の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第４レンズ、前記第５レンズの屈折率を、それぞれｎ4、ｎ5とし、前記第４レンズ、前記第５レンズのアッベ数を、それぞれν4、ν5とすると、
ｎ4＞１.７５
ν4＞３５
ｎ5＞１.６
ν5＞４５
の関係を満足する請求項１に記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をｆG1、前記第１レンズのレンズの焦点距離をｆ1、前記第２レンズの焦点距離をｆ2とすると、
０.６＜ｆ1／ｆG1＜０.９
１.５＜ｆ2／ｆG1＜４
の関係を満足する請求項１又は２に記載のズームレンズ。 - 前記第４レンズの物体側面の曲率半径をｒ4F、円錐定数をκ4F、４次非球面係数をＤ4Fとすると、
−０.９＜κ4F＋８Ｄ4Fｒ4F 3＜−０.７
の関係を満足する請求項１から３のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の焦点距離をｆG2、光学全長をｄG2とすると、
０.７＜ｄG2／ｆG2＜１
の関係を満足する請求項1から４のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第１レンズの物体側面の曲率半径をｒ1F、像側面の曲率半径をｒ1R、前記第２レンズの物体側面の曲率半径をｒ2F、像側面の曲率半径をｒ2Rとすると、
３＜ｒ1F／ｒ1R＜７
２＜ｒ2F／ｒ2R＜５
の関係を満足する請求項１から５のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第５レンズと前記第６レンズとが接合されている請求項１から６のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第７レンズと前記第８レンズとが接合されている請求項１から７のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第４レンズの像側面は平面、又は凹面である請求項１から８のいずれかに記載のズームレンズ。
- 請求項１から９のいずれかに記載のズームレンズと、固体撮像素子とを備えた電子スチルカメラ。
- 前記固体撮像素子は、傾き調整可能である請求項１０に記載の電子スチルカメラ。
- 請求項１から９のいずれかに記載のズームレンズと、固体撮像素子とを備えたビデオカメラ。
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