JP4609340B2

JP4609340B2 - ズームレンズ及びカメラ

Info

Publication number: JP4609340B2
Application number: JP2006035002A
Authority: JP
Inventors: 悦郎川上
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2026-02-13
Also published as: CN101021609A; CN101021609B; JP2007212937A

Description

本発明は、主にデジタルスチルカメラなどに搭載するためのＣＣＤ（charged coupled device）など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明るい（Ｆナンバーの小さい）３倍程度のズームレンズに関するものである。

近年異常なまでのスピードで繰り広げられていたデジタルスチルカメラに使用されているイメージセンサのいわゆる画素数競争が一段落して、ここ数年デジタルスチルカメラでは、画素数以外での差別化、個性化の流れが生じている。その中でいちばん大きな流れともいえるのがカメラの小型化であり、中でも普及タイプのいわゆるコンパクトカメラタイプの小型カメラには、「カードサイズ」を謳った製品も多く発売されている。カードサイズを仕様としたカメラでは、正面から見たときの大きさが概ねクレジットカードなどの大きさであることは当然の事ながらカメラ本体の厚さ（薄さ）に関してもインパクトのある薄さにすることが、製品そのものが市場に受け入れられるか否かを左右する重要な要素となる。多くの場合、カメラ本体を薄く設計するために一番の障害となるのが、撮影レンズの光軸方向の寸法である。つまり一般的なカメラの構成要素の配置を取る以上、製品の正面と撮影レンズの光軸とが直交するため、この光軸方向の寸法がカメラ本体の厚さを左右する要素となってしまい、製品厚を薄くすることは直接撮影レンズの光軸方向の寸法の縮小を意味し困難を伴うのである。このため、カードサイズのデジタルスチルカメラの当初の段階では、光軸方向の寸法が少しでも小さくすることが可能である単焦点レンズが採用され、しかもこの問題を解決する手段として、例えば特開２００２−２２８９２２号公報（特許文献１）に開示されているようなＣＣＤ等のイメージセンサ特有のテレセントリック性の見直しを含めた独自のレンズタイプの創出などの工夫がされて製品化された。しかしながら、カメラへのズームレンズ搭載の要望は強く、その結果として現在では、カードサイズのデジタルスチルカメラにおいても製品の主流はズームレンズ搭載のカメラとなっている。

この流れは、カメラ機能付の携帯電話でも同様である、多くの場合、撮影レンズの寸法が製品の厚さを決めてしまい、単焦点レンズを採用しており、なかなか光学式ズームレンズ採用の携帯電話が普及せず、コンパクトな製品では２倍ズームに止まっているのが現状である。ただ、携帯電話に搭載される撮影レンズは同様のイメージセンサを使用しているが、デジタルスチルカメラほどの画質へ要望がないため、性能面での割り切りを含めた解決方法が考案されると予測されている。

カードサイズのデジタルスチルカメラにおいて、構成的にあるいは構造的に、光学系の全長が単焦点レンズに対して、どうしても長くなってしまいがちなズームレンズを搭載しても尚カメラ全体を薄く維持していく技術としては、現在のところ２つの技術に分類が出来ると考えられる。第１の技術は、例えば特開２００４−０５６３６２号公報（特許文献２）として開示されているものを代表とするもので、いわゆる屈曲式と呼ばれている技術である。屈曲式は光学系の前玉の前後の近傍にミラー或いはプリズムのような反射要素を設けて、光軸を９０度折り曲げることによってレンズ部分が大きく（厚く）なることを防いでいる。屈曲式の反射要素に関しては、カメラの薄さへの貢献度、光学系としてのスペースのロス、敏感度の問題などから、前述のように、前玉の前後に配置されることが多く、このことが欠点として指摘される一方、沈胴動作などの複雑な構造や、外力が加わる鏡筒が無いため、外部強度に対する機構的な考慮を必要とせず、光学設計的にも光軸方向の全長制限が緩和されるなどの特徴を有している。また、ズーム比が大きくなるほど有効な手段ということも言える。しかしながら屈曲式は技術的には前述のように優れた特徴を有しているが、カメラという製品として評価をすると、外観には鏡筒部分がなく、前玉近傍のレンズしか見ることができず、カメラ用レンズとしての価値観を表現することが難しいという商品企画上での問題点が指摘されている。

第２の技術は、例えば特開２００４−００４７６５号公報（特許文献３）として開示されているものを代表とするもので、いわゆるスライディング式と呼ばれる技術である。スライディング式は従来のフィルム使用のコンパクトカメラで採用されて来たズームレンズの沈胴収納方式の発展した技術と言える。この方式は、ズームレンズを構成するレンズ群の一部をレンズ収納時に光軸上よりスライド（シフト）退避し、他の光学素子と干渉しない位置に移動して収納することにより、光軸から移動したレンズ群の厚さの分、収納時の全長を短縮させようとするものである。通常、前群や後群ではなく、中程にあるレンズ群で、機構上有利なレンズ群、或いは光軸方向の寸法が大きいレンズ群を退避させることが多い。この方法での問題点は、複雑な沈胴構造が根本にあり、必要精度の確保や、外力への対応などの従来の沈胴方式の問題点をそのまま受け継ぐ他、特に退避するレンズ群の敏感度を低く設定する必要があり、このことが製造を安定して行うためには重要な要素となる。また、原理的には複数のスライディングを行えば、より製品厚さを薄くすることが出来るように考えがちであるが、じつは次に述べる理由により、あまり意味がないことがわかる。

収納状態を沈胴動作にて行うことを前提としたズームレンズ光学系では、各レンズ群の厚さの総和が小さくすることで収納時の全長を短縮する一方、レンズ群とレンズ群の間の空気間隔は広めに取ることで、いわゆる敏感度に配慮するといった設計手法を用いる。従って、スライディング方式のズームレンズでは、スライドする群をのぞいたレンズ群についての、厚さの総和を小さくする設計を行うこととなり、レンズ群間の空気間隔に関してはやはり広めに考慮しないと、生産上成立しないこととなる。従って、光学系の仕様にも関係するが、このような方針で設計された光学系では、収納時の大きさはコンパクトであるが、実際の使用時には収納時の大きさに対して何倍もの大きさになってしまう結果となる。通常このような光学系を実現するために、沈胴動作をする鏡筒を幾重にも重ねた構造を採用することになるが、段数を多くすればする程、ズームレンズの前方に配置されるレンズ群に対する機構構造上の配置精度を確保することが困難となる。現在実用上成立する沈胴の段数は概ね３段程度であり、それ以上の段数のものは、設計は可能であっても、前述の理由で実用上成立しない。したがって、実は、収納時の光学系の全長と、実際の使用時の全長との間には、実は密接な関係があって、沈胴機構の成立する範囲でしか採用することが出来ない。それゆえ、複数のスライディングで収納時の全長を小さくすることは、あまり意味をなさないことが解る。さらに、スライディング方式を採用した場合、薄型化を実現するためにはレンズの収納状態が製品厚さを決定するかの様に考えがちであるが、収納状態でいくら薄くなる光学系を設計することが出来ても、使用状態においての大きさによっては沈胴動作を行う鏡筒を何段も重ねた構造をとることが必須となってしまい、光学系の配置精度を確保することが出来なくなってしまう。すなわち、薄型化の製品厚を達成するためには収納時の光軸方向の寸法が重要であることはもちろんではあるが、このことはズームレンズのレンズ群の一群をスライド移動することで対処できることが多く、むしろ光学設計的な障害となるのは、実使用時の光軸方向の大きさであると言うことが出来るのである。

ゆえに、ズーム比が３倍程度のカードサイズのデジタルスチルカメラの製品では、薄さを優先しながらも、レンズの商品的価値観を表現するために、沈胴方式で、収納時長や、特に使用時長を小さく出来る光学設計解が要望されている。

一方で、最近の傾向として手ブレ補正機能の搭載をアピールして成功している製品も少なくない。手ブレをある程度防止するために、原理としてはレンズの一部、あるいはイメージセンサそのものをブレをキャンセルする方向に移動させるものであるが、しかしながら、実はブレによる画像の劣化には、撮影者による手ブレの他に被写体が露光中に動いてしまう被写体ブレがあり、被写体ブレに関しては、手ブレ補正機能は役に立たない。したがって、手ブレと被写体ブレの両方に効果を発揮するものとしては、なるべく高速のシャッターを切る以外にはなく、そのために、現在は、より明るい、すなわちよりFナンバーの小さいズームレンズが要求される状況にあると言えるが、このことは前述の小型化を阻害する要因が増えたことに他ならない。

このような状況の下に、従来のレンズ構成を元にレンズの設計を行うとすれば、前述の例えば特開２００４−００４７６５号公報（特許文献３）として開示されているものを代表とするもとなり、ズームレンズ全体を物体側より順に負、正、正のパワーを有する３つのレンズ群に配置するのが一般的である。これは、水晶光学フィルターやＣＣＤのカバーガラスなどの光学素子を配置するためのバックフォーカスの確保や、ＣＣＤの特性から要求されるテレセントリック性を十分確保する上では、この上ないレンズタイプの選択であるが、Fナンバーの低下やさらなる小型化を考えた場合、これらの特性が逆に弊害となって、これから先インパクトのある小型化は不可能となる。
特開２００２−２２８９２２号公報特開２００４−０５６３６２号公報特開２００４−００４７６５号公報

本発明は、前述した事情に鑑み、Ｆナンバーが２程度の明るさで、ズーム比が３程度のズームレンズにおいて、光学系全体を３つのレンズ群で構成し各々のレンズ群に物体側より順に負、正、負のパワーを付与することにより、使用時における光軸方向の全長を短縮することを可能とし、またレンズ群の構成はもとより、全体を構成する各レンズの物体方向から像側方向にかけての正負のパワー配置と概略の形状を対称に配置することによって、歪曲収差や非点収差などの軸外収差の発生を根本的に少なくし、これらによって、すなわち全体的に各収差の補正環境の自由度を改善することとなり、明るくてもコンパクトで高性能を維持したズームレンズを実現することが出来、手ブレや被写体ブレし難いコンパクトなズームレンズおよびそれを用いたカメラを提供することを目的とする。

本発明のズームレンズは物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動するか、或いは前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第１レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、レンズ全系の大きさに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群の有する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）
（１） −０．８ ≦ｆ_w ／ｆ_I ≦−０．４５
（２）５．３２ ≦ＴＬ_w ／ｆ_w ≦ ７．５
（３） −０．５５ ≦ｆ_w ／ｆ_III ≦ ０
ただし、
ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
ＴＬ_w ：広角端における第１レンズ群を構成する第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）

条件式（１）は、負のパワーを有する第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。下限を超えると、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。逆に上限を超えると、正パワーの第２レンズ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性を損なう結果となる。条件式（２）は、広角端におけるレンズ全長を規定するものである。すなわち本発明のレンズの小型化に関する尺度となる条件である。上限を超えると収差補正という面では有利である反面、本発明の目的であるコンパクトなズームレンズを提供することが出来なくなる。また、逆に下限を超えると、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、製造することが事実上困難となる。条件式（３）は、第３レンズ群の有するパワーに関する条件式である。負の範囲にあることが最大の特長で、これによって光学系の射出瞳を像面側に近づける作用を持つ。一般的に、射出瞳の位置が像面に近い事は、全長を短縮する様なコンパクト化に有効である半面、画面周辺のテレセントリック性が崩れてくる事であり、すなわち画面周辺像点の主光線が角度を持ってくる事であって、ＣＣＤのようなイメージセンサを用いた光学系では好ましくない。通常、３倍程度のズームレンズでは、変倍動作によって、この画面周辺像点の主光線の角度は変化する。この変化量は、当然設計によって異なってくるが、最大像高の像点で大体１０°程度かそれ以上の事が多い（例えば、広角端で１０°、望遠端で０°など）。しかしながら、主光線の角度に変化のない単焦点レンズの場合、ＣＣＤのマイクロレンズの構造を適応させることで、２０°を超えることも可能である。本発明のズームレンズでは、第３レンズ群に負のパワーを付与した事で、変倍時の主光線の角度の変化が約１．９°〜４．９°と、通常のズームレンズタイプの変化量に比べて、極めて小さいため、主光線の角度を大きくとる事が可能となる。後述の実施例では、画面最大像点での主光線（上光線と下光線でなす角の２等分線を主光線と定義した場合）角度が最大で２０°となるように制限をしており、条件式（３）の条件式で規定する下限値は、その状態での第３レンズ群の負のパワーの取りうる範囲ということであり、下限を超えると、コンパクト化には有効であるが、主光線の角度が２０°を超えてしまい、シェーディングや周辺光量不足などの問題が発生しデジタルスチルカメラ等で要求される高度な画像品質が維持出来なくなる。一方で、上限を超える場合は、本発明によるコンパクト化が必要のない大きさの光学系である。

また、前記第１レンズ群が物体側より順に、負の屈折力を有するレンズ（以下、負レンズ）である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下、正レンズ）である第２レンズ及び、負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズの有するパワーに関して下記条件式（４）を満足しており、前記第１レンズ群の各レンズに配分される分散特性に関して下記条件式（５）を満足しており、また前記第２レンズの屈折率に関して下記条件式（６）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（４）０．２２ ≦ｆ_w ／ｆ₂ ≦ ０．５５
（５）１５ ≦（ν₁ ＋ν₃ ）／２−ν₂
（６）１．６５ ≦ｎ₂
ただし、
ｆ₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
ν₁ ：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズのアッベ数
ν₃ ：第１レンズ群を構成する第３レンズのアッベ数
ｎ₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズのｄ線に対する屈折率

条件式（４）は第１レンズ群全体として基本的な収差を良好に補正するための要件である。すなわち第１レンズ群は、前述のように負、正、負のパワー構成であるが、条件式（４）で示される範囲で第２レンズに正のパワーを適切に与えること及び、条件式（５）及び条件式（６）による硝材の選択を併せることにより、色収差、像面湾曲を基本的に補正することが出来る。上限を超えると正レンズのパワーが過大となるが、必然的に負レンズのパワーも過大となり、高次諸収差が発生する。下限を超えるとパワーの小さな組み合わせが可能となるが、色収差、像面湾曲補正効果が小さく、この場合も諸収差の良好な補正が出来なくなってしまう。条件式（５）は、第１レンズ群を構成する負レンズと正レンズのアッベ数の配分に関するものである。第１レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、第１レンズ群を構成する負レンズと正レンズの硝材選択を条件式（５）の条件のもとでおこなうことにより、適切なパワー配分を実現することが出来、色収差の良好な補正が可能となる。下限を越えると色収差補正のために各レンズのパワーが過大となり、諸収差が悪化する。続く条件式（６）は、像面湾曲補正のための条件である。ペッツバール和を小さくするため第１レンズ群で唯一の正レンズである第２レンズの屈折率を大きくして対応しており、したがって下限を超えると像面湾曲が大きくなる。

また、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズが非球面レンズであり、像面側の面の形状に関して下記条件式（７）を満足し、また前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズの物体側の面との形状の相対的な特徴に関して下記条件式（８）を満足していることが好ましい。（請求項３）
（７）０．４ ≦ｆ_w ／ｒ₂ ≦ １．４
（８）０ ≦ｒ₂ ／ｒ₃ ≦ １．５
ただし、
ｒ₂ ：第１レンズ群を構成する第１レンズの像側の面の曲率半径
ｒ₃ ：第１レンズ群を構成する第２レンズの物体側の面の曲率半径

条件式（７）は第１レンズに付与される強い負パワーの条件の下で、入射瞳に対してコンセントリックな形状とすることによって、基本的にコマ収差、歪曲収差などの軸外収差の発生を抑えるための形状としており、その形状を実現するための条件である。すなわち第１レンズは強い負パワーのメニスカス形状となる。（ただし第１レンズの物体側面を非球面形状とした場合で、強く全長の短縮を行った場合、概略の形状ではメニスカス形状をしているが、近軸曲率半径を見ると両凹レンズとなっている場合もある）条件式（７）の下限を超えるとコマ収差、歪曲収差の発生を充分抑えることが出来ない。逆に上限を超えると収差発生を抑止するためには効果的であるが、メニスカス負レンズの湾曲形状が強くなりすぎ、製造上困難となる。また、歪曲収差や非点収差などの軸外収差を効果的に補正するためには第１レンズの像側面の形状を非球面形状とするのが良いが、非球面の製造方法としてはガラスモールド非球面、樹脂材料との複合非球面などが良好であるが、特に限定するものではない。続く条件式（８）は、前記負パワーの第１レンズの像側面において発生する強い発散作用による正の球面収差について良好に補正するための条件式である。上限を超えると第２レンズによる負の球面収差が過大となり、下限を超えると逆に第１レンズによる正の球面収差が過大となり何れも球面収差が良好に補正することが出来なくなる。

また、前記第２レンズ群が物体側より順に正レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズ、負レンズである第６レンズおよび正レンズである第７レンズを配して構成され、前記第４レンズ及び前記第５レンズの有する正の合成パワーに関して下記条件式（９）を満足しており、前記第６レンズの有する負のパワーに関して下記条件式（１０）を満足しており、前記第２レンズ群において物体よりに配置される前記第４レンズ、前記第５レンズ及び前記第６レンズに配分される分散特性に関して下記条件式（１１）を満足しており、また同様に当該各レンズの有する屈折率の関係において下記条件式（１２）を満足していることが好ましい。（請求項４）
（９）０．５ ≦ｆ_w ／ｆ_4,5≦ １．５
（１０） −１．５ ≦ｆ_w ／ｆ₆ ≦−０．２５
（１１）２８ ≦（ν₄ ＋ν₅ ）／２−ν₆
（１２）（ｎ₄ ＋ｎ₅ ）／２−ｎ₆ ≦−０．２４
ただし、
ｆ_4,5 ：第２レンズ群を構成する第４レンズ及び第５レンズの合成焦点距離
ｆ₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズの焦点距離
（ただし、第６レンズが複合非球面レンズを構成している場合は母体球面レンズと樹脂部分との合成焦点距離）
ν₄ ：第２レンズ群を構成する第４レンズのアッベ数
ν₅ ：第２レンズ群を構成する第５レンズのアッベ数
ν₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズのアッベ数
（ただし、第６レンズが複合非球面レンズを構成している場合は、母体球面レンズの硝材のアッベ数）
ｎ₄ ：第２レンズ群を構成する第４レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ₅ ：第２レンズ群を構成する第５レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズのｄ線に対する屈折率

条件式（９）は、第２レンズ群の最も物体側に配置され、強い正パワーを有する第４レンズ及び第５レンズに関するものである。第１レンズ群からの発散する光線束を集束するための大きな正パワーの付与と、適切に諸収差を補正するための条件となる。上限を超えると、正パワーが過大となり同時に球面収差が補正不足、下限を超えると逆に集束するための正パワーが不足することになり、球面収差が補正過剰となるが、いずれの場合も球面収差以外にも、コマ収差などの軸外の収差や色収差にも大きな悪影響を及ぼすこととなる。条件式（１０）は第２レンズ群を構成する負レンズのパワーに関するもので、第２レンズ群としての基本的な色収差、像面湾曲補正に重要な用件である。すなわち上限を超えると、第２レンズ群の各レンズのパワーが小さな組み合わせのレンズ構成が得られるが、色収差補正、像面湾曲補正が不十分となり、下限を超えると、逆に各レンズパワーが過大となるため、高次の球面収差、コマ収差が発生して良好な性能が得られなくなってしまう。条件式（１１）は、第２レンズ群において物体側に配置されている第１レンズ群からの発散する光線束を集束するための強い正パワーを有しつつ収差のバランスを維持する部分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。この場合同じく第２レンズ群を構成する第７レンズは比較的大きな正のパワーを有するが、これはその後に続く第３レンズ群の負のパワーとのバランスで決まってくる要素が多いので、条件式（１１）では表現を省略している。したがって、正レンズの第４レンズ、第５レンズおよび負レンズの第６レンズを用いた表現となっており、レンズ全系の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。下限を超えると、色収差の補正のため各レンズのパワーを大きくしなければならず、このことは球面収差およびコマ収差の補正に不利な条件となる。条件式（１２）は、第２レンズ群における像面湾曲補正に関するものである。第１レンズ群から発生する負のペッツバール和をバランスさせるためにこの条件の範囲の値となることが必要である。上限を超えるとペッツバール和が小さくなり過ぎ、像面湾曲の補正が過剰となる。

また、前記第２レンズ群を構成する各レンズの屈折面のうち、少なくとも１つの屈折面が非球面形状であり、前記第４レンズの物体側の面の形状に関して下記条件式（１３）を満足しており、また前記第６レンズの像側の面の形状に関して下記条件式（１４）を満足していることが好ましい。（請求項５）
（１３）０．２ ≦ｆ_w ／ｒ₇ ≦ １．０
（１４）０．４ ≦ｆ_w ／ｒ₁₂≦ １．６
ただし、
ｒ₇ ：第２レンズ群を構成する第４レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ₁₂ ：第２レンズ群を構成する第６レンズの像側の面の曲率半径
（ただし、第６レンズの像側の面が複合レンズの樹脂レンズ面の場合は樹脂と空気との境界面の曲率半径）

条件式（１３）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、球面収差を良好に補正するための条件となる。条件式（１３）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、球面収差が補正不足となる。逆に下限を越えると、球面収差は補正過剰となり、同時に軸外の収差も良好な補正が困難となる。続く条件式（１４）は、第６レンズの像側面の形状に関する条件式である。前記条件式（１３）で表現されている第４レンズの物体側面は、第２レンズ群の最も入射側に配置される面であり、当該面で発生する適度な負の球面収差、コマ収差について、第６レンズの像側面で正の収差を発生させることにより補正する。したがって上限を超えると、正の球面収差が過大となり、逆に下限を超えると、負の球面収差が過大となり、いずれにしても球面収差、コマ収差を良好に補正することが出来ない。

さらに、前記第３レンズ群が負レンズである第８レンズのみで構成され、前記第８レンズの物体側の面の形状に関して下記条件式（１５）を満足していることが好ましい。（請求項６）
（１５） −２．０ ≦ｆ_w ／ｒ₁₅≦ ０．２
ただし、
ｒ ₁₅ ：第３レンズ群を構成する第８レンズの物体側の面の曲率半径

条件式（１５）で示されるように、基本的に第２レンズ群からの集光する光束を収差の発生を少なく像面に結像させるため、第８レンズの物体側面の形状は第２レンズ群に対して同心的形状が好ましい。したがって、条件式（１５）の値は基本的には負の値が良いのであるが、全長などの設計仕様により、この面が非球面の場合には条件式（１５）の上限に示されるように場合にはやや正の値をとることもある。ただ、上限を超えて、正の値が大きくなりすぎると周辺形状も同心形状も変化し、コマ、歪曲などの収差が発生する。下限を超えると、第８レンズの物体側面によるペッツバール和が負で大きく成り過ぎ、また射出光線角度も過大となる。

また、本発明のズームレンズは物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成されるズームレンズであって、前記第１レンズ群が負レンズである第１レンズ、正レンズである第２レンズ及び負レンズである第３レンズの３枚のレンズを配して構成され、前記第２レンズ群が正レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズ、負レンズである第６レンズ及び正レンズである第７レンズの４枚のレンズを配して構成され、前記第３レンズ群が負レンズである第８レンズを配して構成され、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動するか、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、レンズ全系における各レンズのパワーの正負の構成が、負、正、負、正、正、負、正、負と前記第４レンズと前記第５レンズの間を境にして対称の構成であることを特徴とする。（請求項７）

このことは、最も物体側に強い負パワーのメニスカスレンズを配置するズーム比３程度のズームレンズ光学系においては、第３レンズ群の有するパワーを負にすることによってのみ成立する。歪曲収差やコマ収差などの軸外収差に関して、対称型単焦点レンズでは、基本的にこれらの収差の発生が少ないという優位性においてそのレンズタイプを選択する場合が多いが、ズームレンズにおいては、レンズ群間の空気間隔が大きく変化するため、単焦点レンズ程の効果は期待出来ないものの、前述のレンズ構成をとることによって、その軸外収差の発生が基本的に少ないという優位性の効果を利用することが可能であることを示している。

このように本発明によるズームレンズをカメラの撮影レンズとして搭載することにより、光学的ズーム機能を有していながら常に携帯しても苦にならない薄型あるいは小型で、しかも手ブレや被写体ブレの少ない、いわゆるカードサイズのカメラを提供する事が可能となる。（請求項８）

本発明によれば、ズーム比が３程度のズームレンズ光学系を３つのレンズ群で構成し各々のレンズ群に物体側より順に負、正、負のパワーを付与することにより、使用時における光軸方向の全長を短縮することを可能とし、またレンズ群の構成はもとより、全体を構成する各レンズの物体方向から像側方向にかけての正負のパワー配置と概略の形状を対称に配置することによって、歪曲収差や非点収差などの軸外収差の発生を根本的に少なくし、これらによって、すなわち全体的に各収差の補正環境の自由度を改善することとなり、Ｆナンバーが２程度で、明るくてもコンパクトで高性能を維持したズームレンズを実現し、手ブレや被写体ブレし難いコンパクトなズームレンズおよびそれを用いたカメラを提供する事が出来る。

以下、本発明に関する具体的な数値実施例について、実施例１から実施例１６として説明する。以下の実施例１から実施例１６では、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は全体で負の屈折力を有し、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１（第１レンズＬ１の物体側面を１面、像側面を２面とする）、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズＬ２（第２レンズＬ２の物体側面を３面、像側面を４面とする）及び負レンズである第３レンズＬ３（第３レンズＬ３の物体側面を５面、像側面を６面とする）を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は全体で正の屈折力を有し、正レンズである第４レンズＬ４（第４レンズＬ４の物体側面を７面、像側面を８面とする）、正レンズである第５レンズＬ５（第５レンズＬ５の物体側面を９面、像側面を１０面とする）、負レンズである第６レンズＬ６（第６レンズＬ６の物体側面を１１面、像側面を１２面とするが、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６が接合されて構成される場合は１１面の面番号のみ括弧で表示し、また１１面または１２面が複合非球面レンズの樹脂面の場合には樹脂と空気の境界面をＨＢ面とする）及び正レンズである第７レンズＬ７（第７レンズＬ７の物体側面を１３面、像側面を１４面とする）を配して構成され、前記第３レンズ群ＬＧ３は全体で負の屈折力を有し、負レンズである第８レンズＬ８（第８レンズＬ８の物体側面を１５面、像側面を１６面とする）を配して構成される。また、前記第８レンズＬ８の像側面１６面と像面の間には空気間隔をおいて水晶光学フィルターＬＰＦ（水晶光学フィルターＬＰＦの物体側面を１７面、像側面を１８面とする）及びＣＣＤの撮像部分の保護用としてのカバーガラスＣＧ（カバーガラスＣＧの物体側面を１９面、像側面を２０面とする）が配されている。通常ＣＣＤなどのイメージセンサを扱う上で必要とされる赤外光のカットは前記水晶光学フィルターＬＰＦの屈折面の一面に赤外反射コーティングを施すことにより対処しているものとして図示しない。変倍に関しては前記第１レンズ群ＬＧ１及び前記第２レンズ群ＬＧ２の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群ＬＧ１及び前記第２レンズ群ＬＧ２に加えて前記第３レンズ群ＬＧ３の位置を移動することにより成している。また各実施例において、有限距離の物体に対する焦点調節に関しては前記第１レンズ群ＬＧ１または前記第３レンズ群ＬＧ３の位置を光軸方向に移動することにより成すことが可能であるが、これらの方法に限定するものではない。

さらに、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−０４」は１０^-4を意味し、この数値が直前の数値に掛かるのある。

［実施例１］
本発明のズームレンズの第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（以下左側から広角端、中間域、望遠端における値を示す）、Ｆ_noはＦナンバー、２ωはレンズの全画角を表す。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_d はｄ線の屈折率、ν_d はｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中の球面収差図における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．Ｃ．は正弦条件を示している。非点収差図におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。

［実施例２］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例３］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例４］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例５］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例６］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例７］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例８］
本発明のズームレンズの第８実施例について数値例を表８に示す。また図１５は、そのレンズ構成図、図１６はその諸収差図である。

［実施例９］
本発明のズームレンズの第９実施例について数値例を表９に示す。また図１７は、そのレンズ構成図、図１８はその諸収差図である。

［実施例１０］
本発明のズームレンズの第１０実施例について数値例を表１０に示す。また図１９は、そのレンズ構成図、図２０はその諸収差図である。

［実施例１１］
本発明のズームレンズの第１１実施例について数値例を表１１に示す。また図２１は、そのレンズ構成図、図２２はその諸収差図である。

［実施例１２］
本発明のズームレンズの第１２実施例について数値例を表１２に示す。また図２３は、そのレンズ構成図、図２４はその諸収差図である。

［実施例１３］
本発明のズームレンズの第１３実施例について数値例を表１３に示す。また図２５は、そのレンズ構成図、図２６はその諸収差図である。

［実施例１４］
本発明のズームレンズの第１４実施例について数値例を表１４に示す。また図２７は、そのレンズ構成図、図２８はその諸収差図である。

［実施例１５］
本発明のズームレンズの第１５実施例について数値例を表１５に示す。また図２９は、そのレンズ構成図、図３０はその諸収差図である。

［実施例１６］
本発明のズームレンズの第１６実施例について数値例を表１６に示す。また図３１は、そのレンズ構成図、図３２はその諸収差図である。

次に実施例１から実施例１６に関して条件式（１）から条件式（１５）に対応する値を、まとめて表１７に示す。

表１７から明らかなように、実施例１から実施例１６の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１５）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。

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第１実施例のレンズの諸収差図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第２実施例のレンズの諸収差図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第３実施例のレンズの諸収差図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第４実施例のレンズの諸収差図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第５実施例のレンズの諸収差図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第６実施例のレンズの諸収差図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第７実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第８実施例のレンズ構成図第８実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第９実施例のレンズ構成図第９実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１０実施例のレンズ構成図第１０実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１１実施例のレンズ構成図第１１実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１２実施例のレンズ構成図第１２実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１３実施例のレンズ構成図第１３実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１４実施例のレンズ構成図第１４実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１５実施例のレンズ構成図第１５実施例のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの第１６実施例のレンズ構成図第１６実施例のレンズの諸収差図

Claims

物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第１レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、レンズ全系の大きさに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群の有する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） −０．８ ≦ｆ_w ／ｆ_I ≦−０．４５
（２）５．３２ ≦ＴＬ_w ／ｆ_w ≦ ７．５
（３） −０．５５ ≦ｆ_w ／ｆ_III ≦ ０
ただし、
ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
ＴＬ_w ：広角端における第１レンズ群を構成する第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）
前記第１レンズ群が物体側より順に、負の屈折力を有するレンズ（以下、負レンズ）である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下、正レンズ）である第２レンズ及び負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズの有するパワーに関して下記条件式（４）を満足しており、前記第１レンズ群の各レンズに配分される分散特性に関して下記条件式（５）を満足しており、また前記第２レンズの屈折率に関して下記条件式（６）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）０．２２ ≦ｆ_w ／ｆ₂ ≦ ０．５５
（５）１５ ≦（ν₁ ＋ν₃ ）／２−ν₂
（６）１．６５ ≦ｎ₂
ただし、
ｆ₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
ν₁ ：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズのアッベ数
ν₃ ：第１レンズ群を構成する第３レンズのアッベ数
ｎ₂ ：第１レンズ群を構成する第２レンズのｄ線に対する屈折率
前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズが非球面レンズであり、像面側の面の形状に関して下記条件式（７）を満足し、また前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズの物体側の面との形状の相対的な特徴に関して下記条件式（８）を満足していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のズームレンズ。
（７）０．４ ≦ｆ_w ／ｒ₂ ≦ １．４
（８）０ ≦ｒ₂ ／ｒ₃ ≦ １．５
ただし、
ｒ₂ ：第１レンズ群を構成する第１レンズの像側の面の曲率半径
ｒ₃ ：第１レンズ群を構成する第２レンズの物体側の面の曲率半径
前記第２レンズ群が物体側より順に正レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズ、負レンズである第６レンズ及び正レンズである第７レンズを配して構成され、前記第４レンズ及び前記第５レンズの有する正の合成パワーに関して下記条件式（９）を満足しており、前記第６レンズの有する負のパワーに関して下記条件式（１０）を満足しており、前記第２レンズ群において物体側よりに配置される前記第４レンズ、前記第５レンズ及び前記第６レンズに配分される分散特性に関して下記条件式（１１）を満足しており、また同様に当該各レンズの有する屈折率の関係において下記条件式（１２）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。
（９）０．５ ≦ｆ_w ／ｆ_4,5 ≦ １．５
（１０） −１．５ ≦ｆ_w ／ｆ₆ ≦−０．２５
（１１）２８ ≦（ν₄ ＋ν₅ ）／２−ν₆
（１２）（ｎ₄ ＋ｎ₅ ）／２−ｎ₆ ≦−０．２４
ただし、
ｆ_4,5 ：第２レンズ群を構成する第４レンズ及び第５レンズの合成焦点距離
ｆ₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズの焦点距離
（ただし、第６レンズが複合非球面レンズを構成している場合は母体球面レンズと樹脂部分との合成焦点距離）
ν₄ ：第２レンズ群を構成する第４レンズのアッベ数
ν₅ ：第２レンズ群を構成する第５レンズのアッベ数
ν₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズのアッベ数
（ただし、第６レンズが複合非球面レンズを構成している場合は、母体球面レンズの硝材のアッベ数）
ｎ₄ ：第２レンズ群を構成する第４レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ₅ ：第２レンズ群を構成する第５レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ₆ ：第２レンズ群を構成する第６レンズのｄ線に対する屈折率
前記第２レンズ群を構成する各レンズの屈折面のうち、少なくとも１つの屈折面が非球面形状であり、前記第４レンズの物体側の面の形状に関して下記条件式（１３）を満足しており、また前記第６レンズの像側の面の形状に関して下記条件式（１４）を満足していることを特徴とする請求項１または請求項４記載のズームレンズ。
（１３）０．２ ≦ｆ_w ／ｒ₇ ≦ １．０
（１４）０．４ ≦ｆ_w ／ｒ₁₂≦ １．６
ただし、
ｒ₇ ：第２レンズ群を構成する第４レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ₁₂ ：第２レンズ群を構成する第６レンズの像側の面の曲率半径
（ただし、第６レンズの像側の面が複合レンズの樹脂レンズ面の場合は樹脂と空気との境界面の曲率半径）
前記第３レンズ群が負レンズである第８レンズのみで構成され、前記第８レンズの物体側の面の形状に関して下記条件式（１５）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。
（１５） −２．０ ≦ｆ_w ／ｒ₁₅≦ ０．２
ただし、
ｒ ₁₅ ：第３レンズ群を構成する第８レンズの物体側の面の曲率半径
物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成されるズームレンズであって、前記第１レンズ群が負レンズである第１レンズ、正レンズである第２レンズ及び負レンズである第３レンズの３枚のレンズを配して構成され、前記第２レンズ群が正レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズ、負レンズである第６レンズ及び正レンズである第７レンズの４枚のレンズを配して構成され、前記第３レンズ群が負レンズである第８レンズを配して構成され、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、レンズ全系における各レンズのパワーの正負の構成が、負、正、負、正、正、負、正、負と前記第４レンズと前記第５レンズの間を境にして対称の構成であることを特徴とするズームレンズ。
前記請求項１から前記請求項７のいずれかの１項に記載されるズームレンズを搭載していることを特徴としたカメラ。