JP4612766B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に負の屈折力のレンズ群が先行する全体としての３つのレンズ群を有し、これらの各レンズ群（各群）のレンズ構成を適切に設定することにより、レンズ系全体の小型化を図ったフィルム用のスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、光学機器（カメラ）高機能化にともない、それに用いる光学系には高性能化と小型化のズームレンズが求められている。
【０００３】
この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる光学系には、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００４】
従来より、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う。所謂ショートズームタイプの広角の２群ズームレンズが種々提案されている。これらのショートズームタイプの光学系では、正の屈折力の第２群を移動することで変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動することで変倍に伴う像点位置の補正を行っている。
【０００５】
これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平7−3507号公報や、特公平6−40170号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行っている、所謂３群ズームレンズが提案されている。しかしながら、これらの３群ズームレンズは主として３５ｍｍフィルム写真用に設計されているため、固体撮像素子を用いた光学系に求められるバックフォーカスの長さと、良好なテレセントリック特性を両立したものとは言い難かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
バックフォーカスとテレセントリック特性を満足する３群ズームレンズ系が、例えば特開昭63−135913号公報や、特開平7−261083号公報等で提案されている。また、特開平3−288113号公報には、３群ズームレンズにおいて負の屈折力の第１群を固定とし、正の屈折力の第２群と正の屈折力の第３群を移動させて変倍を行う光学系も開示されている。これらの従来例においては、各レンズ群の構成枚数が比較的多く、レンズ全長が長くなる傾向があった。
【０００７】
また、特開平7−261083号公報に記載される例では、負の屈折力の第１群のもっとも物体側に凸レンズ（正レンズ）が配置されており、特に広角化した場合、レンズ外径が増大する傾向があった。さらに、この例では負の屈折力の第１群を移動させて近距離物体へのフオーカシングを行うため、ズーミングでの移動とあいまってメカ構造が複雑化する傾向があった。
【０００８】
また、米国特許第4,999,007号公報には、負、正、正の屈折力の３つのレンズ群より成る３群ズームレンズにおいて、第１レンズ群、第２レンズ群をそれぞれ1枚の単レンズで構成したものも開示されている。ところが、広角端でのレンズ全長が比較的大きく、さらに広角端での第１群と絞りが大きく離れているため軸外光線の入射高が大きく第１群を構成するレンズの径が増大してしまうため、レンズ系全体が大きくなってしまう傾向があった。また、第１群と、第２群は構成レンズ枚数が1枚のためレンズ群内における収差補正が難しい。特に変倍時の倍率色収差の変動は軸外光線の光紬からの高さの変動が大きい第１群内にて発生しやすいが、第１群を凹レンズ1枚としているのでレンズ群内での補正が十分でなく、全系においても倍率色収差の変動が増加する傾向があった。
【０００９】
さらに、ズーム広角端での画角を大きくした場合の特有な問題として歪曲収差の補正不足の問題がある。また、比較的感度の低い高画素の撮影素子で用いるためには更なる大口径比化が求められる。
【００１０】
また、米国特許第4,824,223号公報には負−正−正の３群構成のプロジェクター用光学系が開示されている。このレンズでは第１群が負レンズ１枚のためレンズ群内の収差補正が必ずしも十分でなく、変倍比が１．７程度であった。
【００１１】
本出願人は特願平10−301684号において負−正−正の屈折力の３つのレンズ群を有した３群ズームレンズを提案した。このズームレンズではレンズ群の後方にフィルター等を挿入するために必要な長さのバックフォーカスの確保と、固体撮像素子用として必要なテレセントリック特性の双方を両立した上で、変倍比２以上としながら極力レンズ全長を短縮しコンパクトなズームレンズを達成している。
【００１２】
本発明は、特願平10−301684号で提案したズームレンズを更に改良し、特に第２群の小型化、および第２群と第３群の空気間隔の短縮を図り、より一層の小型化を達成し、かつ諸収差が良好に補正された高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手投】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群からなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１群と前記第２群との間隔が縮まり、前記第２群と前記第３群との間隔が広がるように、前記第１群と前記第２群が移動するズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズを有し、前記第２群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズを有し、前記第２２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ａ、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ｂ、前記第２群の焦点距離をｆ２、該第２２レンズの焦点距離をｆ２２としたとき、
−６．５＜（Ｒ２２ｂ＋Ｒ２２ａ）／（Ｒ２２ｂ−Ｒ２２ａ）＜−１．２
０．８８≦｜ｆ２２｜／ｆ２＜２．２
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第２群は前記第２１レンズと前記第２２レンズのみで構成されることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、像側に凸面を向けた正の第２３レンズで構成されることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１の発明において、前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、負の第２３レンズと正の第２４レンズを接合した全体として正の接合レンズで構成されることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項２、３又は４の発明において、前記第２１レンズは光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような形状の非球面を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項５の発明において、前記第２１レンズは、両レンズ面が非球面であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明の光学機器は、請求項１から６のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は参考例１の数値実施例１のレンズ断面図である。図２〜図４は参考例１の数値実施例１の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２６】
図５は実施例１の数値実施例２のレンズ断面図である。図６〜図８は実施例１の数値実施例２の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２７】
図９は実施例２の数値実施例３のレンズ断面図である。図１０〜図１２は実施例２の数値実施例３の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２８】
図１３は実施例３の数値実施例４のレンズ断面図である。図１４〜図１６は実施例３の数値実施例４の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２９】
図１７は実施例４の数値実施例５のレンズ断面図である。図１８〜図２０は実施例４の数値実施例５の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００３０】
図２１は参考例２の数値実施例６のレンズ断面図である。図２２〜図２４は参考例２の数値実施例６の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００３１】
図１、図５、図９、図１３、図１７のレンズ断面図においてＬ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスロックである。矢印は広角端から望遠端への変倍に際して各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００３２】
図１、図５のズームレンズでは広角端から望遠端への変倍に際し、第１群と、第２群の間隔が減少し、第２群と第３群の間隔が増大するように、第２群と第３群を物体側へ移動させて行い、変倍に伴う像面変動の補正を第１群を像面側に凸状の軌跡で又は、その軌跡の一部に沿って非直線的に移動させて行っている。
【００３３】
図９、図１３、図１７のズームレンズでは広角端から望遠端への変倍に際して第１群と、第２群の間隔が減少し、第２群と第３群間隔が増大するように、第２群を物体側へ移動させ、変倍に伴う像面変動の補正を該第１群を像面側に凸状の軌跡又はその一部に沿って非直線的に移動させて行っている。
【００３４】
ここで第３群は移動させても良く、又、固定であっても良い。
【００３５】
図２１のレンズ断面図において、Ｌ１は、正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。
【００３６】
ＳＰは絞り、ＩＰは像面、Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスブロックである。
【００３７】
広角端から望遠瑞への変倍に際して該第１群と第２群の間隔が増大し第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が増大するように矢印の如く各レンズ群を光軸上移動させている。
【００３８】
ここで第１、第２群は像側に凸状の軌跡で、又はその一部の軌跡で移動している。
【００３９】
次に実施例１〜４、参考例１、２について順次説明する。
【００４０】
実施例１〜４、参考例１では、物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群そして正の屈折力の第３群の３つの群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群は像側に凸の往復運動もしくはこの一部の運動、第２群は物体側に移動し、第３群は移動もしくは固定である。
【００４１】
実施例１〜４、参考例１のズームレンズは、基本的には負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群とで所謂広角ショートズーム系を構成しており、第２群の移動により変倍を行い、第１群を往復移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００４２】
第３群はズーミング中固定の場合、変倍には寄与しないが、撮像素子の小型化に伴うズームレンズの屈折力の増大を分担し、第１、第２群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らすことで特に第１群を構成するレンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。
【００４３】
また、特に固体撮像素子等を用いた光学機器に必要な像側のテレセントリックな結像を正の屈折力の第３群をフィールドレンズの役割を持たせることで達成している。
【００４４】
また、第３群がズーミング中移動する場合は第３群に入射する軸外光線の光軸からの高さをコントロールできるため軸外諸収差に対する補正能力が高まり、変倍全域に渡ってさらに良好な性能を実現している。
【００４５】
また、絞りＳＰを第２群内の物体側に置き、広角側での入射瞳と第１群との距離を縮めることで第１群を構成するレンズの外径の増大をおさえるとともに、正の屈折力の第２群の物体側に配置した絞りを挟んで第１群と第３群とで軸外の諸収差を打ち消すことで構成レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。
【００４６】
さらに、負の屈折力の第１群を物体側から順に像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正のレンズの２枚で構成し、又は、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズそして物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズの３枚のレンズで構成している。正の屈折力の第２群を物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズで構成し、又は、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズそして正の第２３レンズで構成している。
【００４７】
又は物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズ、負の第２３レンズと正の第２４レンズとを接合した接合レンズで構成している。正の屈折力の第３群を正の第３１レンズで構成している。
【００４８】
負の屈折力の第１群は、軸外主光線を絞り中心に瞳結像させる役割を持っており、特に広角側においては軸外主光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、とくに非点収差と歪曲収差が発生し易い。そこで、通常の広角レンズと同様もっとも物体側のレンズ径の増大が抑えられる凹−凸（負−正）の構成としている。
【００４９】
第１群を構成する各レンズは、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために絞り中心を中心とする同心球面に近い形状をとっている。すなわち、負レンズは像側に凹面を向けたメニスカス形状とし、正レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状としている。
【００５０】
図１、図５において第２群は物体側から順に物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズで構成し、第２群を所謂望遠レンズタイプとして第２群の主点位置を物体側に移動させて第２群と第３群の実距離間隔を短くして小型化を図っている。
【００５１】
図９、図１３において第２群を物体側から順に物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズ、正の第２３レンズのトリプレットで構成すると第２群内での収差補正能力が高まるためより高解像なズームレンズが提供できる。この場合は物体側から順に正レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、正レンズを用いたトリプレットの構成と比べるとメニスカス状の負レンズを用いている分、主点位置を物体側に移動させて第２群と第３群の実距離間隔を短縮させている。
【００５２】
また両レンズ面が凹面の負レンズよりもメニスカス状の負レンズを用いた方が第２群の全長が短縮されるため、撮影を行わないときに各レンズ群を沈胴させて薄型化を図った光学機器を構成する場合は有利となる。
【００５３】
さらに図１７に示すように上記トリプレットの像側の正レンズを負レンズと正レンズからなる接合レンズで置き換えると色収差補正能力が増すので好ましい。
【００５４】
なお、第２群中のもっとも物体側の第２１レンズは第１群を射出した軸外主光線が大きく屈折して軸外諸収差が発生しないよう物体側に凸の形状にしている。また、第１群を発散状態で射出した軸上光束に対して球面収差の発生量を抑えるためにも第２１レンズは物体側に凸の形状が好ましい。
【００５５】
正の屈折力の第３群は、物体側に凸面を設けた形状の正の第３１レンズを有し、像側テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割も有している。
【００５６】
また、各レンズ群を少ないレンズ枚数で構成しつつ、更なる光学性能の向上を達成するため、実施例１〜４、参考例１では非球面を効果的に導入している。
【００５７】
図1に示す参考例１においては、第１群を構成する第１１レンズの像側のレンズ面を周辺で発散作用が弱くなる形状の非球面とし、特に広角側での像面彎曲、非点収差および歪曲収差の補正を行い変倍に伴う収差変動を低減している。
【００５８】
また、第２群を構成する第２１レンズの物体側のレンズ面を周辺で収斂作用が弱くなる非球面としており、大口径化で顕著になる球面収差の補正を効果的におこなっている。さらに第２１レンズの像側のレンズ面を非球面とすると球面収差とコマ収差の補正が両立しやすくなるため図１に示すように第２群の構成枚数が
少ない場合には特に有効である。
【００５９】
また、第３群を構成する第３１レンズの物体側のレンズ面を周辺で収斂作用が弱くなる非球面としており、変倍全域での像面彎曲、非点収差、歪曲収差の補正を効果的におこなっている。
【００６０】
同様な理由により、図５に示す実施例１では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側と像面側のレンズ面、第３１レンズの物体側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６１】
図９に示す実施例２では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６２】
図１３に示す実施例３では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６３】
図１７に示す実施例４では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６４】
これによって図１のズームレンズと同様の光学性能を得ている。
【００６５】
実施例１〜４、参考例１のズームレンズを用いて無限遠物体から近距離物体への撮影をする場合には、第１群を物体側へ移動することで良好な性能を得られるが、第３群を一体で物体側に移動するとリアフォーカス式となるため、フオーカシングによる前玉経の増大が防げることや、最短撮像距難が短縮できること、そしてフォーカス群が軽量化できるといったメリットが得られる。
【００６６】
尚、実施例１〜４、において更に収差補正上好ましくは
（ア−１）前記第２２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR22a、像側のレンズ面の曲率半径をR22b、前記第２群の焦点距離をｆ２，該第２２レンズの焦点距離をｆ２２としたとき
−６．５＜（R22b＋R22a）／（R22b−R22a）＜−１．２・・・（１ａ）
０．８８≦｜ｆ２２｜／ｆ２＜２．２ ・・・（２ａ）
の条件式を満足させるのが良い。
【００６７】
条件式（１ａ）は第２群のメニスカス状の負の第２２レンズの形状因子を規定する式である。上限を超えてメニスカスの度合いが弱まり平凹レンズに近づくと第２群の後側主点を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くため良くない。また、下限を超えてメニスカスの度合いが強まりすぎると製造誤差に起因する偏芯時の性能劣化が大きくなるためよくない。
【００６８】
条件式（２ａ）は第２群のメニスカス状の負の第２２レンズの焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて屈折力が弱まると第２群を望遠タイプの屈折力配置とした効果が薄れ、条件式（１）を満足しても後側主点を物体側に移動させる作用が弱まリレンズ全長の大型化を招くため良くない。また、下限を超えて屈折力が強まるとペッツバール和が急に大きくなり像面がオーバーとなり良くない。
【００６９】
次に図２１の参考例２について説明する。
【００７０】
参考例２では、物体側より順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群そして正の屈折力の第４群の４つの群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群、第２群は像側に凸状の往復運動もしくはこの一部の運動、第３群は物体側に移動し、第４群は移動もしくは固定である。
【００７１】
参考例２が実施例１〜４、参考例１と異なるのは正の屈折力の第１群を物体側に付加したことにより、変倍作用を第２群と第３群にて分担している点である。これにより変倍時の収差変動を低減できるため比較的変倍比の高いズームレンズが提供できるというメリットがある。参考例２の第２、第３、第４群は実施例１〜４、参考例１の第１、第２、第３群に相当し、各レンズ群の技術的な意味は互いに同じである。
【００７２】
参考例２では変倍に伴い、第１群を像別に凸の往復運動もしくはこの一部の移動を行うことにより広角よりの中間位置の軸外光束により決まりがちな第１群の径寸法を小さくする効果がある。
【００７３】
第１群は物体的に凸面を向けた正レンズの１つで構成している。第２群は像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを２つと、物体側に凸面を向けた正レンズより構成し、第３群は両レンズ面が凸面の正レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズより構成している。
【００７４】
また移動群をメカニカルなカム構成を用いて非撮影時に像側に収納する所謂沈胴構成は周知である。参考例２を沈胴構成として非撮影時に更なるコンパクト化を図る場合、カム構成を極力簡素化するために開口絞りは第３群と一体で移動するのが好ましい。
【００７５】
尚、参考例２において更に収差補正上好ましくは次の条件式を満足させるのが良い。
（イ−１）前記第３２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR32a、像側のレンズ面の曲率半径をR32b、該第３群の焦点距離をｆ３、該３２レンズの焦点距離をｆ３２としたとき、
−６．５＜（R32b＋R32a）／（R32b−R32a）＜−１．２ ・・・（１ｂ）
０．５＜｜ｆ３２｜／ｆ３＜２．２ ・・・（２ｂ）
の条件式を満足することである。
【００７６】
ここで条件式（１ｂ）、（２ｂ）の技術的な意味は先の条件式（１ａ）、（２ａ）と同じである。
【００７７】
以下に、本発明の実施例１〜４と参考例１、２の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉはレンズ面又は面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ+1面との間のレンズ肉厚および空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター部材である。また、B，C，D，E，Fは非球面係数である。非球面形状は光紬からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき
【００７８】
【数１】
【００７９】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数である。
【００８０】
また、例えば「ｅ−ｚ」の表示は「１０−z」意味する。
前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す
[数値実施例１]
本数値実施例の断面図を図１に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図２、３、４に示す。
【００８１】
参考例１は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は物体側に移動し、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００８２】
以下レンズデータを示す。
【００８３】
【外１】
【００８４】
[数値実施例２]
本数値実施例の断面図を図５に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図６、７、８に示す。
【００８５】
実施例１は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は物体側に移動し、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００８６】
以下レンズデータを示す。
【００８７】
【外２】
【００８８】
[数値実施例３]
本数値実施例の断面図を図９に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１０、１１、１２に示す。
【００８９】
実施例２は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９０】
以下レンズデータを示す。
【００９１】
【外３】
【００９２】
[数値実施例４]
本数値実施例の断面図を図１３に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１４、１５、１６に示す。
【００９３】
実施例３は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９４】
以下レンズデータを示す。
【００９５】
【外４】
【００９６】
[数値実施例５]
本数値実施例の断面図を図１７に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１８、１９、２０に示す。
【００９７】
実施例４は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９８】
以下レンズデータを示す。
【００９９】
【外５】
【０１００】
[数値実施例６]
本数値実施例の断面図を図２１に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図２２、２３、２４に示す。
【０１０１】
参考例２は物体側から順に正の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群、第２群は像側に凸の往復運動、第３群、第４群は物体側へ移動で、第１群と第２群との間隔は広がるよう、第２群と第３群との間隔は狭まるよう、第３群と第４群の間隔は広がるように変化する。絞りは第３群中に位置し変倍中移動する。また、第３群は物体側より正レンズ、負の接合レンズで構成される。また、第１群は物体側に凸面を向けた正レンズ１枚で構成される。
【０１０２】
【外６】
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラ（光学機器）の実態形態を図２５を用いて説明する。
【０１０５】
図２５において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮影素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【０１０６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば第２群の小型化、および第２群と、第３群の空気間隔の短縮を図り、より一層の小型化を達成し、かつ諸収差が良好に補正された高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【０１０８】
この他、本発明によれば固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の参考例１の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の参考例１の数値実施例１の中間の収差図
【図４】本発明の参考例１の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例１の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の実施例１の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の実施例１の数値実施例２の中間の収差図
【図８】本発明の実施例１の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の実施例２の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の実施例２の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の実施例２の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の実施例２の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施例３の数値実施例４のレンズ断面図
【図１４】本発明の実施例３の数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】本発明の実施例３の数値実施例４の中間の収差図
【図１６】本発明の実施例３の数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施例４の数値実施例５のレンズ断面図
【図１８】本発明の実施例４の数値実施例５の広角端の収差図
【図１９】本発明の実施例４の数値実施例５の中間の収差図
【図２０】本発明の実施例４の数値実施例５の望遠端の収差図
【図２１】本発明の参考例２の数値実施例６のレンズ断面図
【図２２】本発明の参考例２の数値実施例６の広角端の収差図
【図２３】本発明の参考例２の数値実施例６の中間の収差図
【図２４】本発明の参考例２の数値実施例６の望遠端の収差図
【図２５】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ サジタル像面
Ｍ メリディオナル像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に負の屈折力のレンズ群が先行する全体としての３つのレンズ群を有し、これらの各レンズ群（各群）のレンズ構成を適切に設定することにより、レンズ系全体の小型化を図ったフィルム用のスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、光学機器（カメラ）高機能化にともない、それに用いる光学系には高性能化と小型化のズームレンズが求められている。
【０００３】
この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる光学系には、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００４】
従来より、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う。所謂ショートズームタイプの広角の２群ズームレンズが種々提案されている。これらのショートズームタイプの光学系では、正の屈折力の第２群を移動することで変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動することで変倍に伴う像点位置の補正を行っている。
【０００５】
これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平7−3507号公報や、特公平6−40170号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行っている、所謂３群ズームレンズが提案されている。しかしながら、これらの３群ズームレンズは主として３５ｍｍフィルム写真用に設計されているため、固体撮像素子を用いた光学系に求められるバックフォーカスの長さと、良好なテレセントリック特性を両立したものとは言い難かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
バックフォーカスとテレセントリック特性を満足する３群ズームレンズ系が、例えば特開昭63−135913号公報や、特開平7−261083号公報等で提案されている。また、特開平3−288113号公報には、３群ズームレンズにおいて負の屈折力の第１群を固定とし、正の屈折力の第２群と正の屈折力の第３群を移動させて変倍を行う光学系も開示されている。これらの従来例においては、各レンズ群の構成枚数が比較的多く、レンズ全長が長くなる傾向があった。
【０００７】
また、特開平7−261083号公報に記載される例では、負の屈折力の第１群のもっとも物体側に凸レンズ（正レンズ）が配置されており、特に広角化した場合、レンズ外径が増大する傾向があった。さらに、この例では負の屈折力の第１群を移動させて近距離物体へのフオーカシングを行うため、ズーミングでの移動とあいまってメカ構造が複雑化する傾向があった。
【０００８】
また、米国特許第4,999,007号公報には、負、正、正の屈折力の３つのレンズ群より成る３群ズームレンズにおいて、第１レンズ群、第２レンズ群をそれぞれ1枚の単レンズで構成したものも開示されている。ところが、広角端でのレンズ全長が比較的大きく、さらに広角端での第１群と絞りが大きく離れているため軸外光線の入射高が大きく第１群を構成するレンズの径が増大してしまうため、レンズ系全体が大きくなってしまう傾向があった。また、第１群と、第２群は構成レンズ枚数が1枚のためレンズ群内における収差補正が難しい。特に変倍時の倍率色収差の変動は軸外光線の光紬からの高さの変動が大きい第１群内にて発生しやすいが、第１群を凹レンズ1枚としているのでレンズ群内での補正が十分でなく、全系においても倍率色収差の変動が増加する傾向があった。
【０００９】
さらに、ズーム広角端での画角を大きくした場合の特有な問題として歪曲収差の補正不足の問題がある。また、比較的感度の低い高画素の撮影素子で用いるためには更なる大口径比化が求められる。
【００１０】
また、米国特許第4,824,223号公報には負−正−正の３群構成のプロジェクター用光学系が開示されている。このレンズでは第１群が負レンズ１枚のためレンズ群内の収差補正が必ずしも十分でなく、変倍比が１．７程度であった。
【００１１】
本出願人は特願平10−301684号において負−正−正の屈折力の３つのレンズ群を有した３群ズームレンズを提案した。このズームレンズではレンズ群の後方にフィルター等を挿入するために必要な長さのバックフォーカスの確保と、固体撮像素子用として必要なテレセントリック特性の双方を両立した上で、変倍比２以上としながら極力レンズ全長を短縮しコンパクトなズームレンズを達成している。
【００１２】
本発明は、特願平10−301684号で提案したズームレンズを更に改良し、特に第２群の小型化、および第２群と第３群の空気間隔の短縮を図り、より一層の小型化を達成し、かつ諸収差が良好に補正された高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手投】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群からなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１群と前記第２群との間隔が縮まり、前記第２群と前記第３群との間隔が広がるように、前記第１群と前記第２群が移動するズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズを有し、前記第２群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズを有し、前記第２２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ａ、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ｂ、前記第２群の焦点距離をｆ２、該第２２レンズの焦点距離をｆ２２としたとき、
−６．５＜（Ｒ２２ｂ＋Ｒ２２ａ）／（Ｒ２２ｂ−Ｒ２２ａ）＜−１．２
０．８８≦｜ｆ２２｜／ｆ２＜２．２
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第２群は前記第２１レンズと前記第２２レンズのみで構成されることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、像側に凸面を向けた正の第２３レンズで構成されることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１の発明において、前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、負の第２３レンズと正の第２４レンズを接合した全体として正の接合レンズで構成されることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項２、３又は４の発明において、前記第２１レンズは光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような形状の非球面を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項５の発明において、前記第２１レンズは、両レンズ面が非球面であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明の光学機器は、請求項１から６のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は参考例１の数値実施例１のレンズ断面図である。図２〜図４は参考例１の数値実施例１の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２６】
図５は実施例１の数値実施例２のレンズ断面図である。図６〜図８は実施例１の数値実施例２の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２７】
図９は実施例２の数値実施例３のレンズ断面図である。図１０〜図１２は実施例２の数値実施例３の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２８】
図１３は実施例３の数値実施例４のレンズ断面図である。図１４〜図１６は実施例３の数値実施例４の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００２９】
図１７は実施例４の数値実施例５のレンズ断面図である。図１８〜図２０は実施例４の数値実施例５の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００３０】
図２１は参考例２の数値実施例６のレンズ断面図である。図２２〜図２４は参考例２の数値実施例６の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【００３１】
図１、図５、図９、図１３、図１７のレンズ断面図においてＬ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスロックである。矢印は広角端から望遠端への変倍に際して各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００３２】
図１、図５のズームレンズでは広角端から望遠端への変倍に際し、第１群と、第２群の間隔が減少し、第２群と第３群の間隔が増大するように、第２群と第３群を物体側へ移動させて行い、変倍に伴う像面変動の補正を第１群を像面側に凸状の軌跡で又は、その軌跡の一部に沿って非直線的に移動させて行っている。
【００３３】
図９、図１３、図１７のズームレンズでは広角端から望遠端への変倍に際して第１群と、第２群の間隔が減少し、第２群と第３群間隔が増大するように、第２群を物体側へ移動させ、変倍に伴う像面変動の補正を該第１群を像面側に凸状の軌跡又はその一部に沿って非直線的に移動させて行っている。
【００３４】
ここで第３群は移動させても良く、又、固定であっても良い。
【００３５】
図２１のレンズ断面図において、Ｌ１は、正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。
【００３６】
ＳＰは絞り、ＩＰは像面、Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスブロックである。
【００３７】
広角端から望遠瑞への変倍に際して該第１群と第２群の間隔が増大し第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が増大するように矢印の如く各レンズ群を光軸上移動させている。
【００３８】
ここで第１、第２群は像側に凸状の軌跡で、又はその一部の軌跡で移動している。
【００３９】
次に実施例１〜４、参考例１、２について順次説明する。
【００４０】
実施例１〜４、参考例１では、物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群そして正の屈折力の第３群の３つの群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群は像側に凸の往復運動もしくはこの一部の運動、第２群は物体側に移動し、第３群は移動もしくは固定である。
【００４１】
実施例１〜４、参考例１のズームレンズは、基本的には負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群とで所謂広角ショートズーム系を構成しており、第２群の移動により変倍を行い、第１群を往復移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００４２】
第３群はズーミング中固定の場合、変倍には寄与しないが、撮像素子の小型化に伴うズームレンズの屈折力の増大を分担し、第１、第２群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らすことで特に第１群を構成するレンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。
【００４３】
また、特に固体撮像素子等を用いた光学機器に必要な像側のテレセントリックな結像を正の屈折力の第３群をフィールドレンズの役割を持たせることで達成している。
【００４４】
また、第３群がズーミング中移動する場合は第３群に入射する軸外光線の光軸からの高さをコントロールできるため軸外諸収差に対する補正能力が高まり、変倍全域に渡ってさらに良好な性能を実現している。
【００４５】
また、絞りＳＰを第２群内の物体側に置き、広角側での入射瞳と第１群との距離を縮めることで第１群を構成するレンズの外径の増大をおさえるとともに、正の屈折力の第２群の物体側に配置した絞りを挟んで第１群と第３群とで軸外の諸収差を打ち消すことで構成レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。
【００４６】
さらに、負の屈折力の第１群を物体側から順に像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正のレンズの２枚で構成し、又は、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズそして物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズの３枚のレンズで構成している。正の屈折力の第２群を物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズで構成し、又は、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズそして正の第２３レンズで構成している。
【００４７】
又は物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズ、負の第２３レンズと正の第２４レンズとを接合した接合レンズで構成している。正の屈折力の第３群を正の第３１レンズで構成している。
【００４８】
負の屈折力の第１群は、軸外主光線を絞り中心に瞳結像させる役割を持っており、特に広角側においては軸外主光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、とくに非点収差と歪曲収差が発生し易い。そこで、通常の広角レンズと同様もっとも物体側のレンズ径の増大が抑えられる凹−凸（負−正）の構成としている。
【００４９】
第１群を構成する各レンズは、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために絞り中心を中心とする同心球面に近い形状をとっている。すなわち、負レンズは像側に凹面を向けたメニスカス形状とし、正レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状としている。
【００５０】
図１、図５において第２群は物体側から順に物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズで構成し、第２群を所謂望遠レンズタイプとして第２群の主点位置を物体側に移動させて第２群と第３群の実距離間隔を短くして小型化を図っている。
【００５１】
図９、図１３において第２群を物体側から順に物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズ、正の第２３レンズのトリプレットで構成すると第２群内での収差補正能力が高まるためより高解像なズームレンズが提供できる。この場合は物体側から順に正レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、正レンズを用いたトリプレットの構成と比べるとメニスカス状の負レンズを用いている分、主点位置を物体側に移動させて第２群と第３群の実距離間隔を短縮させている。
【００５２】
また両レンズ面が凹面の負レンズよりもメニスカス状の負レンズを用いた方が第２群の全長が短縮されるため、撮影を行わないときに各レンズ群を沈胴させて薄型化を図った光学機器を構成する場合は有利となる。
【００５３】
さらに図１７に示すように上記トリプレットの像側の正レンズを負レンズと正レンズからなる接合レンズで置き換えると色収差補正能力が増すので好ましい。
【００５４】
なお、第２群中のもっとも物体側の第２１レンズは第１群を射出した軸外主光線が大きく屈折して軸外諸収差が発生しないよう物体側に凸の形状にしている。また、第１群を発散状態で射出した軸上光束に対して球面収差の発生量を抑えるためにも第２１レンズは物体側に凸の形状が好ましい。
【００５５】
正の屈折力の第３群は、物体側に凸面を設けた形状の正の第３１レンズを有し、像側テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割も有している。
【００５６】
また、各レンズ群を少ないレンズ枚数で構成しつつ、更なる光学性能の向上を達成するため、実施例１〜４、参考例１では非球面を効果的に導入している。
【００５７】
図1に示す参考例１においては、第１群を構成する第１１レンズの像側のレンズ面を周辺で発散作用が弱くなる形状の非球面とし、特に広角側での像面彎曲、非点収差および歪曲収差の補正を行い変倍に伴う収差変動を低減している。
【００５８】
また、第２群を構成する第２１レンズの物体側のレンズ面を周辺で収斂作用が弱くなる非球面としており、大口径化で顕著になる球面収差の補正を効果的におこなっている。さらに第２１レンズの像側のレンズ面を非球面とすると球面収差とコマ収差の補正が両立しやすくなるため図１に示すように第２群の構成枚数が
少ない場合には特に有効である。
【００５９】
また、第３群を構成する第３１レンズの物体側のレンズ面を周辺で収斂作用が弱くなる非球面としており、変倍全域での像面彎曲、非点収差、歪曲収差の補正を効果的におこなっている。
【００６０】
同様な理由により、図５に示す実施例１では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側と像面側のレンズ面、第３１レンズの物体側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６１】
図９に示す実施例２では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６２】
図１３に示す実施例３では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６３】
図１７に示す実施例４では第１群の第１１レンズの像面側のレンズ面、第２１レンズの物体側のレンズ面、第３１レンズの像面側のレンズ面に非球面を用いている。
【００６４】
これによって図１のズームレンズと同様の光学性能を得ている。
【００６５】
実施例１〜４、参考例１のズームレンズを用いて無限遠物体から近距離物体への撮影をする場合には、第１群を物体側へ移動することで良好な性能を得られるが、第３群を一体で物体側に移動するとリアフォーカス式となるため、フオーカシングによる前玉経の増大が防げることや、最短撮像距難が短縮できること、そしてフォーカス群が軽量化できるといったメリットが得られる。
【００６６】
尚、実施例１〜４、において更に収差補正上好ましくは
（ア−１）前記第２２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR22a、像側のレンズ面の曲率半径をR22b、前記第２群の焦点距離をｆ２，該第２２レンズの焦点距離をｆ２２としたとき
−６．５＜（R22b＋R22a）／（R22b−R22a）＜−１．２・・・（１ａ）
０．８８≦｜ｆ２２｜／ｆ２＜２．２ ・・・（２ａ）
の条件式を満足させるのが良い。
【００６７】
条件式（１ａ）は第２群のメニスカス状の負の第２２レンズの形状因子を規定する式である。上限を超えてメニスカスの度合いが弱まり平凹レンズに近づくと第２群の後側主点を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くため良くない。また、下限を超えてメニスカスの度合いが強まりすぎると製造誤差に起因する偏芯時の性能劣化が大きくなるためよくない。
【００６８】
条件式（２ａ）は第２群のメニスカス状の負の第２２レンズの焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて屈折力が弱まると第２群を望遠タイプの屈折力配置とした効果が薄れ、条件式（１）を満足しても後側主点を物体側に移動させる作用が弱まリレンズ全長の大型化を招くため良くない。また、下限を超えて屈折力が強まるとペッツバール和が急に大きくなり像面がオーバーとなり良くない。
【００６９】
次に図２１の参考例２について説明する。
【００７０】
参考例２では、物体側より順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群そして正の屈折力の第４群の４つの群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群、第２群は像側に凸状の往復運動もしくはこの一部の運動、第３群は物体側に移動し、第４群は移動もしくは固定である。
【００７１】
参考例２が実施例１〜４、参考例１と異なるのは正の屈折力の第１群を物体側に付加したことにより、変倍作用を第２群と第３群にて分担している点である。これにより変倍時の収差変動を低減できるため比較的変倍比の高いズームレンズが提供できるというメリットがある。参考例２の第２、第３、第４群は実施例１〜４、参考例１の第１、第２、第３群に相当し、各レンズ群の技術的な意味は互いに同じである。
【００７２】
参考例２では変倍に伴い、第１群を像別に凸の往復運動もしくはこの一部の移動を行うことにより広角よりの中間位置の軸外光束により決まりがちな第１群の径寸法を小さくする効果がある。
【００７３】
第１群は物体的に凸面を向けた正レンズの１つで構成している。第２群は像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを２つと、物体側に凸面を向けた正レンズより構成し、第３群は両レンズ面が凸面の正レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズより構成している。
【００７４】
また移動群をメカニカルなカム構成を用いて非撮影時に像側に収納する所謂沈胴構成は周知である。参考例２を沈胴構成として非撮影時に更なるコンパクト化を図る場合、カム構成を極力簡素化するために開口絞りは第３群と一体で移動するのが好ましい。
【００７５】
尚、参考例２において更に収差補正上好ましくは次の条件式を満足させるのが良い。
（イ−１）前記第３２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR32a、像側のレンズ面の曲率半径をR32b、該第３群の焦点距離をｆ３、該３２レンズの焦点距離をｆ３２としたとき、
−６．５＜（R32b＋R32a）／（R32b−R32a）＜−１．２ ・・・（１ｂ）
０．５＜｜ｆ３２｜／ｆ３＜２．２ ・・・（２ｂ）
の条件式を満足することである。
【００７６】
ここで条件式（１ｂ）、（２ｂ）の技術的な意味は先の条件式（１ａ）、（２ａ）と同じである。
【００７７】
以下に、本発明の実施例１〜４と参考例１、２の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉはレンズ面又は面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ+1面との間のレンズ肉厚および空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター部材である。また、B，C，D，E，Fは非球面係数である。非球面形状は光紬からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき
【００７８】
【数１】
【００７９】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数である。
【００８０】
また、例えば「ｅ−ｚ」の表示は「１０−z」意味する。
前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す
[数値実施例１]
本数値実施例の断面図を図１に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図２、３、４に示す。
【００８１】
参考例１は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は物体側に移動し、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００８２】
以下レンズデータを示す。
【００８３】
【外１】
【００８４】
[数値実施例２]
本数値実施例の断面図を図５に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図６、７、８に示す。
【００８５】
実施例１は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は物体側に移動し、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００８６】
以下レンズデータを示す。
【００８７】
【外２】
【００８８】
[数値実施例３]
本数値実施例の断面図を図９に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１０、１１、１２に示す。
【００８９】
実施例２は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９０】
以下レンズデータを示す。
【００９１】
【外３】
【００９２】
[数値実施例４]
本数値実施例の断面図を図１３に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１４、１５、１６に示す。
【００９３】
実施例３は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９４】
以下レンズデータを示す。
【００９５】
【外４】
【００９６】
[数値実施例５]
本数値実施例の断面図を図１７に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図１８、１９、２０に示す。
【００９７】
実施例４は物体側から順に負の第１群、正の第２群、正の第３群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群は像側に凸の往復運動、第２群は物体側へ移動、第３群は固定で、第１群と第２群との間隔は狭まるよう、第２群と第３群の間隔は広がるように変化する。
【００９８】
以下レンズデータを示す。
【００９９】
【外５】
【０１００】
[数値実施例６]
本数値実施例の断面図を図２１に、広角端、中間位置、望遠端での収差図を図２２、２３、２４に示す。
【０１０１】
参考例２は物体側から順に正の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１群、第２群は像側に凸の往復運動、第３群、第４群は物体側へ移動で、第１群と第２群との間隔は広がるよう、第２群と第３群との間隔は狭まるよう、第３群と第４群の間隔は広がるように変化する。絞りは第３群中に位置し変倍中移動する。また、第３群は物体側より正レンズ、負の接合レンズで構成される。また、第１群は物体側に凸面を向けた正レンズ１枚で構成される。
【０１０２】
【外６】
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラ（光学機器）の実態形態を図２５を用いて説明する。
【０１０５】
図２５において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮影素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【０１０６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば第２群の小型化、および第２群と、第３群の空気間隔の短縮を図り、より一層の小型化を達成し、かつ諸収差が良好に補正された高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【０１０８】
この他、本発明によれば固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の参考例１の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の参考例１の数値実施例１の中間の収差図
【図４】本発明の参考例１の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例１の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の実施例１の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の実施例１の数値実施例２の中間の収差図
【図８】本発明の実施例１の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の実施例２の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の実施例２の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の実施例２の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の実施例２の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施例３の数値実施例４のレンズ断面図
【図１４】本発明の実施例３の数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】本発明の実施例３の数値実施例４の中間の収差図
【図１６】本発明の実施例３の数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施例４の数値実施例５のレンズ断面図
【図１８】本発明の実施例４の数値実施例５の広角端の収差図
【図１９】本発明の実施例４の数値実施例５の中間の収差図
【図２０】本発明の実施例４の数値実施例５の望遠端の収差図
【図２１】本発明の参考例２の数値実施例６のレンズ断面図
【図２２】本発明の参考例２の数値実施例６の広角端の収差図
【図２３】本発明の参考例２の数値実施例６の中間の収差図
【図２４】本発明の参考例２の数値実施例６の望遠端の収差図
【図２５】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ サジタル像面
Ｍ メリディオナル像面
Claims (7)
- 物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群からなり、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１群と前記第２群との間隔が縮まり、前記第２群と前記第３群との間隔が広がるように、前記第１群と前記第２群が移動するズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズを有し、前記第２群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正の第２１レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズを有し、前記第２２レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ａ、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２２ｂ、前記第２群の焦点距離をｆ２、該第２２レンズの焦点距離をｆ２２としたとき、
−６．５＜（Ｒ２２ｂ＋Ｒ２２ａ）／（Ｒ２２ｂ−Ｒ２２ａ）＜−１．２
０．８８≦｜ｆ２２｜／ｆ２＜２．２
の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２群は前記第２１レンズと前記第２２レンズのみで構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、像側に凸面を向けた正の第２３レンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第２群は、物体側から順に、前記第２１レンズ、前記第２２レンズ、負の第２３レンズと正の第２４レンズを接合した全体として正の接合レンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第２１レンズは光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような形状の非球面を有することを特徴とする請求項２、３又は４に記載のズームレンズ。
- 前記第２１レンズは、両レンズ面が非球面であることを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
- 請求項１から６のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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