JP4612823B2

JP4612823B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

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Publication number: JP4612823B2
Application number: JP2004270052A
Authority: JP
Inventors: 誠関田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: US20060114574A1; US7215483B2; JP2006084829A

Description

本発明はズームレンズに関し、例えば、デジタルスチルカメラ等の撮影光学系に好適なズームレンズに関するものである。

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、撮像装置（カメラ）の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い撮影画角を包含した大口径比のズームレンズが求められている。

更に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ため、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。この他、カラー画像用の撮像素子を用いたカメラの場合、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。

従来、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えてズーミングを行う、所謂ショートズームタイプの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レンズ群を移動することで変倍を行い、負の屈折力の第１レンズ群を移動することで変倍に伴って変動する像位置の補償を行っている。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、ズーム比は２倍程度である。

２倍以上のズーム比を有しつつ、レンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３レンズ群を配置し、高ズーム比化を図った、所謂３群ズームレンズも提案されている（例えば特許文献１、２）。

また、３群ズームレンズとして長いバックフォーカスを有し、かつテレセントリック特性を満足する３群ズームレンズ系も知られている（例えば特許文献３、４）。

また、比較的少ないレンズ枚数で構成された広画角の３群ズームレンズ系が知られている（例えば特許文献５〜１０）。

また、３群ズームレンズにおいて、レンズ系全体のコンパクト化のために、第１レンズ群を負・正レンズの２枚構成とし、第２レンズ群に接合レンズを効果的に配置した３群ズームレンズが知られている。（例えば特許文献１１〜１３）。

また、３倍以上のズーム比を有する３群ズームレンズも知られている（例えば特許文献１４、１５）。

さらに、３倍以上のズーム比を有しながら、比較的少ないレンズ枚数にて構成されている３群ズームレンズも知られている（例えば特許文献１６〜１８）。
特公平７−３５０７号公報特公平６−４０１７０号公報特開昭６３−１３５９１３号公報特開平７−２６１０８３号公報特開平２−１１８５０９号公報特開平６−２０１９９３号公報特開平８−３２７９０７号公報特開平１０−２１３７４５号公報特開２００１−２０８９６９号公報特開２００３−１７７３１６号公報特開２００２−２３０５３号公報特開２００２−９０６２５号公報特願２００４−１４８８９３号公報米国特許第４８２８３７２号公報特開平４−２１７２１９号公報特開平１０−２１３７４５号公報特開２００２−２７７７４０号公報特開２００３−２１７８３号公報

３５ｍｍフィルム写真用に設計されている３群ズームレンズは、固体撮像素子を用いる撮像装置に使用するには、バックフォーカスが長すぎ、またテレセントリック特性が良くないため、固体撮像素子を用いる撮像装置にそのまま用いることが難しい。

一方、カメラのコンパクト化とズームレンズの高ズーム比化（高倍化）を両立するために、非撮影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの突出量を少なくした所謂沈胴式のズームレンズが広く用いられている。

一般に、ズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ枚数が多いと、各レンズ群の光軸上の長さが長くなり、また各レンズ群のズーミング及びフォーカシングにおける移動量が大きいとレンズ全長が長くなるため、所望の沈胴長が達成できなくなり、沈胴式のズームレンズに用いるのが難しくなる。

本発明は、構成レンズ枚数が比較的少なく、広角端で所望の画角で且つ所望のズーム比を実現したズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行い、固体撮像素子によって定まる大きさの有効画面内に像を形成するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、正レンズと負レンズから成る第２ａレンズ群と、該第２ａレンズ群の像側に配置され、少なくとも１枚の正レンズを含む第２ｂレンズ群とから構成され、該ズームレンズの広角端での半画角をωｗ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、望遠端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔をＬ１ｔとするとき、
１．０＜｜ｆ１｜／（ｆ２・ｔａｎωｗ）＜１．６
１．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．６
３．８＜√（ｆｔ／Ｌ１ｔ）＜８．０
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、構成レンズ枚数が比較的少なく、広画角でかつ高いズーム比のズームレンズが得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図、図２，図３，図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比３．６、開口比２．９〜６．０程度のズームレンズである。

図５は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６，図７，図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．９、開口比２．６〜５．８程度のズームレンズである。

図９は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０，図１１，図１２はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比３．５、開口比２．７〜５．７程度のズームレンズである。

図１３は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１４，図１５，図１６はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比３．３、開口比２．８〜５．６程度のズームレンズである。

図１７は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）要部概略図である。図１８は本発明のズームレンズが有する開口絞りＳＰ近傍の拡大説明図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

図１，図５，図９，図１３のレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、ＳＰは開口絞りとしての開放Ｆナンバー決定部材（以下「Ｆｎｏ決定部材」という。）であり、後述する条件を満足する光軸上の位置に配置して光束を制限している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面（有効画面内）に相当する感光面が置かれる。

第２レンズ群Ｌ２は、そのレンズ群中で最も広い空気間隔を境にして、物体側から像側へ、正の屈折力の第２ａレンズ群Ｌ２ａと、正の屈折力の第２ｂレンズ群Ｌ２ｂより成っている。

収差図において、ｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１が像側に凸状の軌跡で略往復移動し、第２レンズ群Ｌ２が物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｌ３は像側に移動している。

各実施例のズームレンズは、第２レンズ群Ｌ２の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の往復移動及び第３レンズ群Ｌ３による像側方向への移動によって変倍に伴う像の移動を補正している。

Ｆｎｏ決定部材ＳＰを第２レンズ群の物体側面近傍で後述する位置に置き、広角側での入射瞳と第１レンズ群Ｌ１との距離を縮めることで、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの外径の増大を抑えると共に、Ｆｎｏ決定部材ＳＰを挟んで第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３とで軸外の諸収差を打ち消させることで、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。

各実施例で用いているＦｎｏ決定部材ＳＰは、図１８に示すように、光軸方向の座標で、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置されたレンズＧ２１の物体側の面Ｇ２１ａの面頂点Ｇ２１ａｐと、このレンズＧ２１の面Ｇ２１ａとレンズ端面（所謂コバ面）との交点Ｇ２１ｈの光軸上に相当する点Ｇ２１ｘとの間に配置し、軸上のＦｎｏ光線（Ｆナンバー光線）を決定している。

各実施例ではＦｎｏ決定部材ＳＰを前述の如く配置することで、後述するようにレンズ沈胴長の短縮化を図っている。

次に、レンズ構成の具体的な特徴について説明する。

従来のショートズームタイプの３群ズームレンズにおいては、第１レンズ群と第２レンズ群の間に開放Ｆｎｏ光線を決定するための絞り部材を配置することが一般的である。また、一般的に、ショートズームタイプでは、第１レンズ群の最も像側には、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズが配置されている。

レンズ沈胴時に第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を撮影状態よりも縮小しようとした場合、第１レンズ群の最も像側のメニスカス正レンズは、像側に凹面を向けている関係で、このメニスカス正レンズのレンズ外周部と絞り部材が干渉してしまい、メニスカス正レンズの像側頂点からレンズ外周部までの間隔分はレンズ沈胴長を短くすることが出来ない。

また、絞り部材と第２レンズ群の物体側に配置されたレンズの物体側頂点との間隔も、絞り部材を第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置する場合は、ある程度の間隔を確保しなければならず、これもレンズ沈胴長を短くすることができない要因の一つとなっている。

そこで各実施例では、前述の如く、開口絞りとしてのＦｎｏ決定部材ＳＰを図１８に示すように第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に位置したレンズＧ２１のレンズ面Ｇ２１ａの物体側頂点Ｇ２１ａｐと、このレンズＧ２１の物体側のレンズ面Ｇ２１ａとレンズ端面との交点Ｇ２１ｈの光軸上に相当する位置Ｇ２１ｘとの間に配置することで、沈胴時に機械的に干渉が生じる部材を第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間からなくし、レンズ沈胴時に第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を極限まで近づけることを可能としている。

次に各レンズ群の構成についてより詳しく説明する。

第１レンズ群Ｌ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２の２枚のレンズで構成している。第１レンズ群Ｌ１は、軸外主光線を開口絞りＳＰ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、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。

そこで各実施例では、通常の広角レンズと同様、最も物体側のレンズ径の増大が抑えられる負レンズと正レンズのレンズ構成としている。

そして、負レンズＧ１１の物体側のレンズ面をレンズ周辺で正の屈折力が強くなる非球面形状とし、像側のレンズ面をレンズ周辺で負の屈折力が弱くなる非球面形状とすることにより、非点収差と歪曲収差をバランス良く補正すると共に、２枚と言う少ないレンズ枚数で第１レンズ群Ｌ１を構成し、レンズ全体のコンパクト化を図っている。

また第１レンズ群Ｌ１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開口絞りＳＰと光軸が交差する点を中心とする同心球面に近いレンズ形状としている。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から順に、物体側の面が凸形状の正レンズＧ２１と像側の面が凹形状の負レンズＧ２２を接合した接合レンズで構成された第２ａレンズ群Ｌ２ａと、両レンズ面が凸形状の正レンズＧ２４若しくは物体側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ２３と、両レンズ面が凸形状の正レンズＧ２４を接合した接合レンズで構成された第２ｂレンズ群Ｌ２ｂで構成されている。第２レンズ群Ｌ２は、最も物体側に正レンズＧ２１を配置し、第１レンズ群Ｌ１を射出した軸外主光線の屈折角を少なくし、軸外諸収差が発生しない様なレンズ形状としている。

また、正レンズＧ２１は、最も軸上光線の通る高さが高いレンズであり、主に球面収差、コマ収差の補正に関与しているレンズである。そこで各実施例においては、正レンズＧ２１の物体側の面をレンズ周辺で正の屈折力が弱くなる非球面形状とすることにより球面収差、コマ収差を良好に補正している。

次に、正レンズＧ２１の像側に配置した負レンズＧ２２の像側の面を、凹形状とすることで、正レンズＧ２１の物体側の面で発生した収差をキャンセルさせている。

更に、正レンズＧ２１と、正レンズＧ２１の像側に配置した負レンズＧ２２は、レンズが光軸に対して偏芯する事によって生じる像面の倒れの敏感度が、ほぼ同等量でかつ異符号と言う点に着目し、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２を接合することで、接合レンズ全体として像面の倒れをキャンセルさせ、製造誤差に対して光学性能の劣化が少ないレンズ構成としている。

第３レンズ群Ｌ３は、少なくとも１枚の両レンズ面が凸形状の正レンズより構成している。

第３レンズ群Ｌ３は、撮像素子の小型化に伴う各レンズ群の屈折力の増大を分担し、第１、第２レンズ群Ｌ１，Ｌ２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レンズ群Ｌ１を構成する各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。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を第３レンズ群Ｌ３に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。

ここで、バックフォーカスをｓｋ’、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第３レンズ群Ｌ３の結像倍率をβ３とすると、
ｓｋ’＝ｆ３（１−β３）
の関係が成り立っている。

但し、
０＜β３＜１．０
である。

ここで、広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を像側に移動するとバックフォーカスｓｋ’が減少することになり、第３レンズ群Ｌ３の結像倍率β３は望遠側のズーム領域で増大する。すると、結果的に第３レンズ群Ｌ３で変倍を分担することになり、第２レンズ群Ｌ２の移動量が減少し、そのためのスペースが節約できるためにレンズ系の小型化に寄与する。

各実施例のズームレンズを用いて近距離物体を撮影する場合には、第１レンズ群Ｌ１を物体側へ移動することで良好な性能を得ることもできるが、さらに望ましくは、第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させてフォーカスを行った方が良い。

これは、最も物体側に配置した第１レンズ群Ｌ１をフォーカシングで移動させた場合に生じる、前玉径の増大や、レンズ重量が最も重い第１レンズ群Ｌ１を移動させることによるアクチュエーターの負荷の増大を防ぐことができるからである。また、フォーカスのために第１レンズ群Ｌ１を移動させないことで、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２とをカム等で単純に連携してズーミング時に移動させることが可能となり、メカ構造の簡素化及び精度向上を達成できる。

また、第３レンズ群Ｌ３にてフォーカシングを行う場合、広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を像側に移動させることにより、フォーカシング移動量の大きい望遠端での第３レンズ群Ｌ３の位置を広角端に比して像側に配置することができるため、ズーミング及びフォーカシングで必要となる第３レンズ群Ｌ３の移動量の総和を最小とすることが可能となり、レンズ系のコンパクト化が容易になる。

以上のように、各レンズ群を所望の屈折力配置と収差補正とを両立するレンズ構成とすることにより、良好な光学性能を保ちつつ、レンズ系全体のコンパクト化を達成している。

尚、各実施例のズームレンズにおいて、良好なる光学性能を得るため、又はレンズ系全体の小型化を図るには、次の諸条件のうちの少なくとも１つ以上を満足させるようにしている。これによって、各条件式に相当する効果を得ている。

広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔ、第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、正レンズＧ２１の物体側頂点Ｇ２１ａｐとＦｎｏ決定部材ＳＰとの光軸方向の間隔をＤ２Ｓ、正レンズＧ２１の物体側頂点Ｇ２１ａｐと正レンズＧ２１の物体側の面Ｇ２１ａとレンズ端面（コバ面）との交点Ｇ２１ｈとの光軸方向の間隔をＤ２Ｒ、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の広角端での結像倍率を各々β２ｗ，β３ｗ、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群の望遠端のズーム位置での結像倍率を各々β２ｔ，β３ｔ、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の広角端と望遠端での間隔を各々Ｌ１ｗ，Ｌ１ｔ、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の望遠端での間隔をＬ２ｔ、正レンズＧ２１の物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆ、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に配置されたレンズ（レンズＧ２４）の像側の面の近軸曲率半径をＲ２ｒ、固体撮像素子の撮像面（画面対角方向の長さ）とズームレンズの焦点距離より定まるズームレンズの広角端での半画角をωｗとするとき、
１．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．６ ‥‥‥（１）
０．２＜Ｄ２Ｓ／Ｄ２Ｒ＜０．９ ‥‥‥（２）
４．５＜β２ｔ・Ｌ２ｔ／（β２ｗ・Ｌ１ｗ）＜１０．０ ‥‥‥（３）

３．８＜√（ｆｔ／Ｌ１ｔ）＜８．０・・・(４)

１．０＜β３ｔ／β３ｗ＜１．３ ‥‥‥（５）
−０．７＜（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）＜−０．３５ ‥‥‥（６）

１．０＜｜ｆ１｜／（ｆ２・ｔａｎωｗ）＜１．６ ‥‥‥（７）
なる条件を満足している。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）の上限値を超えると、ズーミング時の第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、光学系の全長が長くなるので好ましくない。また、条件式（１）の下限値を超えると、光学系の全長は短くなるが、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなることで、ズーム域全体の収差補正が困難となる。

条件式（２）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の最も像側に配置された正レンズＧ１２の像側のレンズ面と第２レンズ群Ｌ２の物体側の面が干渉することとなり十分な沈胴長の短縮を図ることができない。また、条件式（２）の上限値を超えると、Ｆｎｏ決定部材ＳＰから第１レンズ群Ｌ１までの距離が長くなり、第１レンズ群Ｌ１のレンズ径が増大するため好ましくない。

条件式（３）の下限値を越えると、間隔Ｌ１ｗが相対的に広がることになり、第１レンズ群Ｌ１のレンズ径が増大するため好ましくない。また、条件式（３）の上限値を越えると、広角端に対して望遠端でのレンズ全長が相対的に長くなり、沈胴長を十分短くすることが難しくなる。

条件式（４）の下限値を越えると、望遠端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔Ｌ１ｔが広がるため、レンズ全長が伸びるため好ましくない。また、条件式（４）の上限値を越えると、望遠端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔Ｌ１ｔが短くなりすぎ、製造誤差により第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が干渉する可能性が生じるため好ましくない。

条件式（５）の下限値を越えると、第３レンズ群Ｌ３によるズーム倍率の増倍効果が失われ、ズームの高倍化に対して不利な方向となるため好ましくない。また、条件式（５）の上限値を越えると、広角端から望遠端へのズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の移動量が増えるので、第３レンズ群Ｌ３の可動スペースを多く確保しなければならず、沈胴長の短縮に不利な方向となるため好ましくない。

条件式（６）の下限値を越えると、球面収差が補正不足となり好ましくない。また、条件式（６）の上限値を越えると、特に望遠端でのバックフォーカスを長くするのが難しくなるため好ましくない。

条件式（７）の下限値を越えると、レンズの前玉径が増大し、またズーミング時の第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、光学系の全長が長くなるので好ましくない。また、条件式（７）の上限値を越えると、光学系の全長は短くなるが、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなることで、ズーム域全体の収差補正が困難となり好ましくない。

収差補正上、及びレンズ系全体の小型化の為に更に好ましくは、前述の各条件式の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．８＜ｆ２／ｆｗ＜２．４ ‥‥‥（１ａ）
０．３＜Ｄ２Ｓ／Ｄ２Ｒ＜０．８ ‥‥‥（２ａ）
４．８＜β２ｔ・Ｌ２ｔ／（β２ｗ・Ｌ１ｗ）＜８．０‥‥‥（３ａ）

１．０＜β３ｔ／β３ｗ＜１．２ ‥‥‥（５ａ）
−０．６５＜（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）＜−０．４ ‥‥‥（６ａ）
１．０＜｜ｆ１｜／（ｆ２・ｔａｎωｗ）＜１．５ ‥‥‥（７ａ）
尚、以上の各実施例においては、ズーミングに際して３つのレンズ群を移動させる代わりに、各レンズ群の間隔が変化するように２つのレンズ群（例えば第１と第２レンズ群、又は第１と第３レンズ群又は第２と第３レンズ群）を移動させるズームタイプにも適用できる。

又、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は／及び第３レンズ群Ｌ３の像側に屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。

次に、本発明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はレンズ面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、Ｎｉ，νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。

また、最も像側の２つの面はフェースプレート等のガラス材である。

また、非球面形状は、光の進行方向を正とし、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ〜Ｅを非球面係数とするとき、
ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］
＋Ｂｈ⁴＋Ｃｈ⁶＋Ｄｈ⁸＋Ｅｈ^１０
なる式で表している。

又「ｅ−０Ｘ」は「×１０^−ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。

数値実施例１
f=4.715〜16.774 Fno=2.85〜5.97 2ω=73.9°〜23.9°
R 1 = 50.030 D 1 = 1.35 N 1 = 1.88300 νd1 = 40.8
R 2 = 4.759 D 2 = 2.24
R 3 = 8.594 D 3 = 1.60 N 2 = 1.92286 νd2 = 18.9
R 4 = 16.681 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 4.338 D 6 = 2.00 N 3 = 1.77250 νd3 = 49.6
R 7 = 8.707 D 7 = 0.50 N 4 = 1.64769 νd4 = 33.8
R 8 = 3.832 D 8 = 0.48
R 9 = 9.572 D 9 = 0.50 N 5 = 1.76182 νd5 = 26.5
R10 = 3.897 D10 = 2.00 N 6 = 1.60311 νd6 = 60.6
R11 = -11.842 D11 = 可変
R12 = 12.540 D12 = 1.60 N 7 = 1.60311 νd7 = 60.6
R13 = 89.899 D13 = 可変
R14 = ∞ D14 = 1.40 N 8 = 1.51633 νd8 = 64.1
R15 = ∞

非球面係数
R1 k= 0.00000e+00 B= 4.56667e-04 C=-7.14952e-06 D=4.76420e-08
R2 k=-1.53849e+00 B= 1.59706e-03 C= 1.32234e-05 D=-3.93707e-07
E= 1.11975e-09
R6 k=-4.37828e-01 B=-2.86734e-06 C= 8.92384e-06

数値実施例２
f=4.020〜15.493 Fno=2.62〜5.80 2ω=82.9°〜25.8°
R 1 = 52.516 D 1 = 1.35 N 1 = 1.882997 νd1 = 40.8
R 2 = 4.642 D 2 = 2.21
R 3 = 8.112 D 3 = 1.80 N 2 = 1.922860 νd2 = 18.9
R 4 = 14.141 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.43
R 6 = 4.284 D 6 = 1.80 N 3 = 1.834807 νd3 = 42.7
R 7 = 11.470 D 7 = 0.60 N 4 = 1.647689 νd4 = 33.8
R 8 = 3.662 D 8 = 0.55
R 9 = 9.807 D 9 = 0.60 N 5 = 1.761821 νd5 = 26.5
R10 = 3.704 D10 = 2.10 N 6 = 1.603112 νd6 = 60.6
R11 = -11.569 D11 = 可変
R12 = 14.246 D12 = 1.80 N 7 = 1.603112 νd7 = 60.6
R13 = -54.905 D13 = 可変
R14 = ∞ D14 = 1.50 N 8 = 1.516330 νd8 = 64.1
R15 = ∞

非球面係数
R1 k= 0.00000e+00 B= 4.64346e-04 C=-6.64976e-06 D= 3.62527e-08
R2 k=-1.36339e+00 B= 1.44393e-03 C= 2.35474e-05 D=-5.59354e-07
E= 1.11975e-09
R6 k=-4.17317e-01 B=-6.15200e-05 C= 8.05031e-06

数値実施例３
f=6.048〜21.255 Fno=2.71〜5.74 2w=73.2°〜23.9°
R 1 = 71.340 D 1 = 1.60 N 1 = 1.88300 νd1 = 40.8
R 2 = 5.719 D 2 = 2.75
R 3 = 10.800 D 3 = 1.70 N 2 = 1.92286 νd2 = 18.9
R 4 = 22.275 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.049 D 6 = 2.30 N 3 = 1.80610 νd3 = 40.7
R 7 = -60.222 D 7 = 0.50 N 4 = 1.69895 νd4 = 30.1
R 8 = 4.267 D 8 = 0.70
R 9 = 10.417 D 9 = 0.50 N 5 = 1.76182 νd5 = 26.5
R10 = 5.329 D10 = 2.20 N 6 = 1.51633 νd6 = 64.1
R11 = -12.663 D11 = 可変
R12 = 12.931 D12 = 1.80 N 7 = 1.60311 νd7 = 60.6
R13 = 58.859 D13 = 可変
R14 = ∞ D14 = 1.40 N 8 = 1.51633 νd8 = 64.1
R15 = ∞

非球面係数
R1 k=0.00000e+00 B=2.58911e-04 C=-2.62258e-06 D=1.30274e-08
R2 k=-1.21325e+00 B=6.70859e-04 C=5.95470e-06 D=-5.54523e-08 E=1.33713e-10
R6 k=-3.46473e-01 B=-8.50982e-05 C=4.56506e-07

数値実施例４
f=4.555〜14.924 Fno=2.84〜5.60 2w=75.9°〜26.8°
R 1 = 33.477 D 1 = 1.35 N 1 = 1.882997 νd1 = 40.8
R 2 = 4.562 D 2 = 2.18
R 3 = 7.983 D 3 = 2.00 N 2 = 1.922860 νd2 = 18.9
R 4 = 14.295 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 3.579 D 6 = 2.00 N 3 = 1.603420 νd3 = 38.0
R 7 = 22.964 D 7 = 0.50 N 4 = 1.808095 νd4 = 22.8
R 8 = 3.561 D 8 = 0.62
R 9 = 8.843 D 9 = 1.40 N 5 = 1.696797 νd5 = 55.5
R10 = -13.442 D10 = 可変
R11 = 15.221 D11 = 1.40 N 6 = 1.696797 νd6 = 55.5
R12 = -253.761 D12 = 可変
R13 = ∞ D13 = 1.40 N 7 = 1.516330 νd7 = 64.1
R14 = ∞

非球面係数
R1 k= 0.00000e+00 B= 3.21253e-04 C=-4.38886e-06 D= 2.64966e-08
R2 k=-1.18733e+00 B= 1.23778e-03 C= 1.21928e-05 D=-1.02159e-07
E= 1.11975e-09
R6 k=-2.75908e-01 B=-3.86749e-04 C=-8.02264e-06

以上説明した本発明の実施例によれば、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、広画角でしかもコンパクトの、特に沈胴ズームレンズに適した、変倍比が３倍以上の優れた光学性能を有するズームレンズが達成できる。

又、レンズ群中に効果的に非球面を導入することによって、軸外諸収差、特に非点収差・歪曲収差および大口径比化した際の球面収差の良好なる補正が行える。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図１７を用いて説明する。

図１７において、２０はカメラ本体、２１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、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

実施例１のズームレンズの光学断面図実施例１のズームレンズの広角端での収差図実施例１のズームレンズの中間のズーム位置での収差図実施例１のズームレンズの望遠端での収差図実施例２のズームレンズの光学断面図実施例２のズームレンズの広角端での収差図実施例２のズームレンズの中間のズーム位置での収差図実施例２のズームレンズの望遠端での収差図実施例３のズームレンズの光学断面図実施例３のズームレンズの広角端での収差図実施例３のズームレンズの中間のズーム位置での収差図実施例３のズームレンズの望遠端での収差図実施例４のズームレンズの光学断面図実施例４のズームレンズの広角端での収差図実施例４のズームレンズの中間のズーム位置での収差図実施例４のズームレンズの望遠端での収差図本発明の撮像装置の要部概略図本発明に係るＦｎｏ決定部材近傍の説明図

符号の説明

Ｌ１第１レンズ群
Ｌ２第２レンズ群
Ｌ３第３レンズ群
Ｌ４第４レンズ群
ＳＰ絞り
ＩＰ像面
Ｇガラスブロック
ｄｄ線
ｇｇ線
ΔＳサジタル像面
ΔＭメリディオナル像面

Claims

物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行い、固体撮像素子によって定まる大きさの有効画面内に像を形成するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、正レンズと負レンズから成る第２ａレンズ群と、該第２ａレンズ群の像側に配置され、少なくとも１枚の正レンズを含む第２ｂレンズ群とから構成され、該ズームレンズの広角端での半画角をωｗ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、望遠端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔をＬ１ｔとするとき、
１．０＜｜ｆ１｜／（ｆ２・ｔａｎωｗ）＜１．６
１．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．６
３．８＜√（ｆｔ／Ｌ１ｔ）＜８．０
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記第２ａレンズ群を構成する正レンズの物体側頂点と、該正レンズの物体側の面と該正レンズの端面との交点の間に、開放Ｆナンバーの光束を決定するＦナンバー決定部材が配置されていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
前記第２ａレンズ群を構成する正レンズの物体側頂点と、前記Ｆナンバー決定部材との光軸方向の間隔をＤ２Ｓ、該正レンズの物体側頂点と、該正レンズの物体側の面と該正レンズの端面との交点の光軸方向の間隔をＤ２Ｒとするとき、
０．２＜Ｄ２Ｓ／Ｄ２Ｒ＜０．９
なる条件を満足することを特徴とする請求項２のズームレンズ。
広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は単調に物体側に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動することを特徴とする請求項１，２又は３のズームレンズ。
前記第１レンズ群は、物体側と像側の面が共に非球面形状の負レンズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項のズームレンズ。
前記第２ａレンズ群を構成する正レンズと負レンズは、接合レンズを構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項のズームレンズ。
前記第２レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β２ｗ、β２ｔ、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔をＬ１ｗ、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔をＬ２ｔとするとき、
４．５＜β２ｔ・Ｌ２ｔ／（β２ｗ・Ｌ１ｗ）＜１０．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項のズームレンズ。
前記第３レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β３ｗ、β３ｔとするとき、
１．０＜β３ｔ／β３ｗ＜１．３
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項のズームレンズ。
前記第２ａレンズ群を構成する正レンズの物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆ、前記第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側の面の近軸曲率半径をＲ２ｒとするとき、
−０．７＜（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）＜−０．３５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項のズームレンズ。
請求項１〜９のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。