JP4890090B2 - ズームレンズ系 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたデジタルカメラに用いられる、変倍比（ズーム比）３倍程度で広角域から望遠域をカバーする標準ズームレンズ系に関する。
近年、撮像素子の高画素化に伴い、高性能なズームレンズ系が求められ、また画素の微細化により、Ｆ値の小さい明るいレンズ系が求められている。しかし、実際には、短焦点距離端におけるＦ値２．８から３．５程度のズームレンズ系が主流である。
特開平１０-３９２１４号公報 特開２００１-６６５０３号公報 特開２００１-１４１９９７号公報 特開２００３-１７７３１６号公報
通常コンパクトカメラに用いられる小型のズームレンズ系において、短焦点距離端におけるＦ値２程度の明るいレンズ系を得ようとすると、球面収差を中心に諸収差の補正が困難になる。勿論、構成枚数を増やし、４群以上の多群とすることで、諸収差の補正は可能となるが、小型化が犠牲になる。
本発明は、物体側から順に負、正、正の３群標準ズームレンズ系において、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定し、短焦点距離端におけるＦ値２程度と明るく、変倍比３倍程度の小型で高性能なズームレンズ系を提供することを目的とする。
本発明は、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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、全てのレンズ群が移動するズームレンズ系において、第１レンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズ及び正の第３レンズの３枚から構成され、第２レンズ群は、物体側から順に、正の第４レンズ、正の第５レンズ、負の第６レンズ及び正の第７レンズの４枚から構成され、次の条件式（１）を満足することを特徴としている。
（１）１．２７≦｜ｆ1G｜／ｆ2G＜１．５
但し、
ｆ1G：第１レンズ群の焦点距離（ｆ1G＜０）、
ｆ2G：第２レンズ群の焦点距離、
である。
第２レンズ群中の第５レンズと第６レンズを接合レンズとして、この第５レンズと第６レンズの接合レンズの合成パワーを負とすることができる。
本発明のズームレンズ系は、第２レンズ群中の第５レンズと第６レンズを負の合成パワーを持つ接合レンズとしたとき、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）０．８＜｜ｆ 5-6 ｜／ｆ 2G ＜１．２
但し、
ｆ 2G ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ 5-6 ；第２レンズ群中の第５レンズと第６レンズの接合レンズの合成焦点距離、
である。
本発明のズームレンズ系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）-０．９＜（Ｒ 4a ＋Ｒ 4b ）／（Ｒ 4a -Ｒ 4b ）＜-０．５
但し、
Ｒ 4a ；第４レンズの物体側の面の曲率半径、
Ｒ 4b ；第４レンズの像側の面の曲率半径、
である。
本発明のズームレンズ系は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．３＜ｆ 2G ／ｆ 3G ＜０．９
但し、
ｆ 2G ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ 3G ；第３レンズ群の焦点距離、
である。

いずれの態様でも、第３レンズ群は、正レンズ１枚、または正負レンズの貼合せレンズから構成することが好ましい。
本発明によれば、物体側から順に負、正、正のズームレンズ系において、短焦点距離端におけるＦ値２程度と明るく、変倍比３倍程度の小型で高性能なズームレンズ系を得ることができる。
本実施形態のズームレンズ系は、図１３の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ群１０と、絞りＳと、正の第２レンズ群２０と、正の第３レンズ群３０と、撮像素子の前方に位置するカバーガラス（フィルタ類）ＣＧからなっている。Ｉは撮像面を示す。短焦点距離端（Ｗ）から長焦点距離端（Ｔ）へのズーミングに際し、全てのレンズ群が移動する。具体的には、第１レンズ群１０は像側に移動してから物体側に移動し、第２レンズ群２０は物体側に移動し、第３レンズ群３０は像側に移動する。絞りＳは第２レンズ群と一緒に移動する。フォーカシングは第３レンズ群３０で行う。絞りＳは、第２レンズ群と第３レンズ群の間に配置し第２レンズ群と一緒に移動させる態様も可能である。
本発明のズームレンズ系は、以上の３群構成において、まず、各群のレンズ構成を特徴としている。すなわち、図１、図５、図９の各実施例に示すように、負の第１レンズ群１０は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズ及び正の第３レンズの３枚から構成されている。正の第２レンズ群２０は、物体側から順に、正の第４レンズ、正の第５レンズ、負の第６レンズ及び正の第７レンズの４枚から構成されている。正の第３レンズ群３０は、物体側から順に位置する正の第８レンズと負の第９レンズの貼合せレンズからなっている。全ての実施例において、第２レンズ群２０の正の第５レンズと負の第６レンズは、貼り合わされているが、貼り合わせない態様も可能である。第３レンズ群３０は、正単レンズから構成することも可能である。
従来の変倍比３倍程度、短焦点距離端におけるＦ値２．８から３．５程度の標準ズームレンズ系では、負の第１レンズ群は負正の２枚構成でも、軸上光束を取り込み、球面収差、ディストーションを良好に補正することが可能であった。しかし、本発明が目的とする短焦点距離端におけるＦ値２程度の明るいズームレンズ系では、第１レンズ群で取り込む軸上光束径が大きくなり、負正の２枚構成では、負レンズ１枚で急峻に光線を曲げねばならないため、特に球面収差の発生が抑えられない。また、負レンズ１枚に発散成分を全て負担させるため、短焦点距離端での負のディストーションも大きくなる。発散の負担を軽減するために負正２枚のレンズの間隔を広げると、球面収差の間隔感度が高くなってしまう。
本発明では、負の第１レンズ群を物体側から順に負負正の３枚構成とし、負のパワーを２枚のレンズに分担させることで、軸上光束を取り込みながら、球面収差、ディストーションの補正を可能としている。
正のパワーの第２レンズ群に関しては、物体側の正レンズで大きな球面収差が発生する。従来の短焦点距離端におけるＦ値２．８から３．５程度の標準ズームレンズ系では、第２レンズ群を、正負正のトリプレットあるいは正正負から構成しても球面収差の補正が可能であった。しかし、短焦点距離端におけるＦ値２程度の明るいズームレンズ系では、３枚構成で球面収差を抑えることは困難である。そこで、本発明では、正の第２レンズ群を、物体側から順に正正負正の４枚構成とすることによって特に球面収差補正を可能としている。また、この４枚構成において、中心の正レンズと負レンズを貼り合わせることにより、球面収差を一層良好に補正することができる。
正のパワーの第３レンズ群に関しては、該第３レンズ群をフォーカスレンズ群として用いることから、軽量な正レンズ１枚あるいは正負各１枚の貼合せレンズ（合成パワーは正）から構成することが望ましい。第３群リヤフォーカスは、前玉（第１レンズ群）フォーカスに比べ、レンズ径、重量を小さくでき、メカ構成も単純化できるという利点がある。収差面からは、短焦点距離端におけるＦ値２程度の明るいズームレンズ系では、有限距離物体撮影時の収差（特に像面湾曲、倍率色収差）の近距離変化を抑えるために、正単レンズよりも、正負各１枚の貼合せレンズとすることが好ましい。
本発明のズームレンズ系は、以上のレンズ構成を満足した上で、条件式（１）ないし（４）の一つ以上を満足することが好ましい。
条件式（１）は、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の比（パワー配分）に関する条件である。条件式（１）を満足することにより、第２レンズ群のズーミングに伴う移動量を抑える事で、全系の小型化を図ることができ、また、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の比を設定範囲内に抑えることで、諸収差（球面収差、コマ収差、歪曲収差）を良好に補正することができる。条件式（１）の上限を超えて第２レンズ群のパワーが強くなると、第２レンズ群のズーミングに伴う移動量は減少するが、球面収差、コマ収差の補正が困難になる。条件式（１）の下限を超えて第１レンズ群のパワーが強くなると、負の発散成分が強くなり、歪曲収差の補正が困難になる。
条件式（２）は、第２レンズ群内の中心の正レンズと負レンズを貼合せレンズとしたときの該貼合せレンズの合成焦点距離（全体として負のパワー）に関する条件である。条件式（２）を満足することにより、第２レンズ群のズーミングに伴う移動量を抑える事で、全系の小型化を図ることができ、また、第２レンズ群とその群内の接合レンズとの比を設定範囲内に抑えることで、特に球面収差を良好に補正することができる。条件式（２）の上限を超えて貼合せレンズのパワーが弱くなると、全体として正の第２レンズ群のもつ収差を補正する負の発散成分が弱くなり、球面収差が補正不足となる。条件式（２）の下限を超えて貼合せレンズのパワーが強くなると、負の発散性が強くなりすぎ、球面収差が補正過剰となる。
条件式（３）は、第２レンズ群中の最も物体側の正レンズのシェープファクターを規定している。正の第２レンズ群では一般的に最も物体側の正レンズで大きな球面収差を発生する。この球面収差を小さく抑えるためには、最も物体側の正レンズが条件式（３）を満足する形状であることが望ましい。条件式（３）の上限下限のいずれを超えても、第２レンズ群で発生する球面収差を十分に補正することが困難になる。
条件式（４）は、第２レンズ群と第３レンズ群の焦点距離の比（パワー配分）に関する条件である。条件式（４）を満足することにより、第２レンズ群のズーミングに伴う移動量を抑える事で、全系の小型化を図ることができ、また、第２レンズ群と第３レンズ群の焦点距離の比を設定範囲内に抑えることで、諸収差（球面収差、像面湾曲）を良好に補正することができる。条件式（４）の上限を超えて第２レンズ群のパワーが弱くなると、ズーミングに伴う第２レンズ群の移動量が増加し、全系の全長が増大する。仮にパワー配分を崩して小型化を図ると、特に球面収差と像面湾曲の補正が困難になる。条件式（４）の下限を超えて第３レンズ群のパワーが弱くなると、射出瞳位置が像面に近づき、テレセントリック性が悪くなる。また、相対的に第２レンズ群のパワーが強く成りすぎ、特に球面収差が増大する。
次に具体的な実施例を示す。諸収差図及び表中、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、Ｗは半画角（゜）、FNO.はＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2 [1+[1-(1+K)c2y2]1 2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12・・・
（但し、cは曲率（１ ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）
図１ないし図４は本発明のズームレンズ系の第１実施例を示している。図１はレンズ構成図、図２、図３及び図４はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差図を示している。表１はその数値データである。負の第１レンズ群１０は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ、両凹負レンズ及び両凸正レンズからなり、正の第２レンズ群２０は、物体側から順に、両凸正レンズ、物体側から順に位置する両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズ、及び像側に凸の正メニスカスレンズからなり、正の第３レンズ群３０は、物体側から順に位置する両凸正レンズと像側に凸の負メニスカスレンズからなっている。カバーガラスＣＧは平行平面板である。絞りは、第２レンズ群２０（第７面）の極から前方（物体側）0.50の位置にある。
（表１）
FNO.= 1:2.0 - 2.7 - 4.1
f = 8.00 - 13.50 - 23.60
W = 31.6 - 19.3 - 11.2
面No. ｒ ｄ Ｎd ν
1 28.702 0.80 1.88300 40.8
2 9.106 2.48
3 -70.872 0.70 1.74528 35.7
4 29.440 1.48
5* 24.200 2.03 1.84666 23.8
6* -147.188 16.99-7.11-1.00
7* 8.362 2.91 1.69350 53.2
8* -34.814 0.20
9 19.036 2.53 1.83399 43.1
10 -9.066 0.89 1.70632 30.7
11 5.070 1.23
12 -39.061 1.26 1.48749 70.2
13 -23.988 5.47-11.69-22.14
14* 27.246 2.91 1.69350 53.2
15 -12.000 0.80 1.75000 27.7
16 -29.279 4.13-3.58-2.50
17 ∞ 1.00 1.51633 64.1
18 ∞

*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
面No.
NO.5 K=-0.79125 A4=0.34631×10-5 A6=-0.16126×10-5
A8= 0.12020×10-8 A10= 0.22694×10-10 A12=-0.47834×10-13

NO. 6 K=-0.77110×10-2 A4=-0.44893×10-4 A6=-0.16638×10-5
A8= 0.16028×10-8 A10=0.99681×10-10 A12=-0.24372×10-11

NO. 7 K=-0.40338×10-2 A4=-0.22635×10-3 A6=-0.23401×10-5
A8=-0.41674×10-8 A10=-0.10018×10-8 A12= 0.23103×10-11

NO. 8 K=-0.45211×10 A4= 0.14036×10-3 A6=-0.68324×10-6
A8=-0.17698×10-7 A10= 0.19191×10-9 A12= 0.70192×10-11

NO.14 K= 0.36241 A4=-0.44445×10-4 A6= 0.47204×10-5
A8=-0.19402×10-6 A10= 0.25675×10-8 A12=0.72769×10-11
図５ないし図８は本発明のズームレンズ系の第２実施例を示している。図５はレンズ構成図、図６、図７及び図８はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差図を示している。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は第１実施例と同様である。絞りは、第２レンズ群２０（第７面）の極から前方（物体側）0.60の位置にある。
（表２）
FNO.= 1: 2.0 - 2.8 - 4.3
f = 8.00 - 13.50 - 23.59
W = 31.5 - 19.3 - 11.2
面No. ｒ ｄ Ｎd ν
1 26.640 0.80 1.88300 40.8
2 8.915 2.61
3 -59.657 0.70 1.60000 40.0
4 26.937 1.65
5* 27.999 2.00 1.84666 23.8
6* -120.664 17.06 - 7.70 - 1.84
7* 8.365 2.59 1.69350 53.2
8* -37.848 0.20
9 19.141 2.80 1.83395 42.9
10 -9.273 0.80 1.71437 30.4
11 5.109 1.27
12 -27.718 1.00 1.49700 81.6
13 -21.363 6.11 - 13.22 - 24.59
14* 20.942 2.86 1.69350 53.2
15 -12.500 0.80 1.72685 28.6
16 -31.832 4.36 - 3.68 - 2.50
17 ∞ 1.00 1.51633 64.1
18 ∞ -

*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
面No.
NO. 5 K=-0.62419 A4= 0.54380×10-5 A6=-0.17107×10-5
A8=-0.34752×10-8 A10= 0.93749×10-10 A12= 0.69140×10-12

NO. 6 K= 0.20781×103 A4=-0.38333×10-4 A6=-0.16720×10-5
A8= 0.11525×10-8 A10= 0.28262×10-10 A12= 0.13136×10-12

NO. 7 K=-0.36672×10-2 A4=-0.22292×10-3 A6=-0.23109×10-5
A8=-0.59768×10-8 A10=-0.10044×10-8 A12= 0.36311×10-12

NO. 8 K= 0.33347×10 A4= 0.13488×10-3 A6=-0.71728×10-6
A8=-0.19279×10-7 A10= 0.19783×10-9 A12= 0.51855×10-11

NO.14 K= 0.14241×10 A4=-0.44839×10-4 A6= 0.41430×10-5
A8=-0.17930×10-6 A10= 0.31405×10-8 A12=-0.15429×10-10
図９ないし図１２は本発明のズームレンズ系の第３実施例を示している。図９はレンズ構成図、図１０、図１１及び図１２はそれぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収差図を示している。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は第１実施例と同様である。絞りは、第２レンズ群２０（第７面）の極から前方（物体側）0.40の位置にある。
（表３）
FNO.= 1:2.0 - 2.7 - 4.0
f = 8.00 - 13.50 - 23.60
W = 31.7 - 19.4 - 11.2
面No. ｒ ｄ Ｎd ν
1 21.071 0.90 1.88300 40.8
2 9.175 2.21
3 99.207 0.80 1.75148 37.4
4 15.036 1.64
5* 16.442 2.01 1.84666 23.8
6* 59.060 17.31 - 6.86 - 1.02
7* 8.502 2.53 1.77250 49.6
8* -104.529 0.20
9 30.853 2.43 1.84940 43.4
10 -8.809 0.84 1.66073 31.2
11 5.468 1.14
12 -142.212 1.21 1.48700 71.5
13 -18.745 4.96 - 10.51- 21.67
14* 25.747 2.60 1.58913 61.2
15 -13.160 0.70 1.72511 28.7
16 -41.848 5.01 - 4.66 - 2.00
17 ∞ 1.00 1.51633 64.1
18 ∞ -

*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
面No.
NO. 5 K=-0.31892 A4=-0.86152×10-5 A6=-0.17048×10-5
A8= 0.24906×10-7 A10= 0.70283×10-11 A12= 0.36549×10-11

NO. 6 K= 0.25480×102 A4=-0.78648×10-4 A6=-0.14196×10-5
A8= 0.55041×10-8 A10= 0.58774×10-9 A12=-0.31411×10-11

NO. 7 K= 0.87963×10-1 A4=-0.17294×10-3 A6=-0.25771×10-5
A8= 0.24522×10-8 A10=-0.24805×10-8 A12=-0.85975×10-10

NO. 8 K= 0.11349×102 A4= 0.19940×10-3 A6=-0.68541×10-7
A8=-0.76962×10-7 A10=-0.11793×10-8 A12=-0.38424×10-10

NO.14 K= 0.90834×10 A4=-0.91048×10-4 A6= 0.91774×10-5
A8=-0.47978×10-6 A10= 0.93997×10-8 A12=-0.15408×10-10
各実施例の各条件式に対する値を表４に示す。
（表４）
実施例１ 実施例２ 実施例３
条件式（１） 1.32 1.27 1.35
条件式（２） 0.99 0.92 1.09
条件式（３） -0.613 -0.638 -0.850
条件式（４） 0.66 0.79 0.41
表４から明らかなように、実施例１ないし３は条件式（１）〜（４）を満足しており、また諸収差図から明らかなように諸収差は比較的よく補正されている。
本発明によるズームレンズ系の実施例１のレンズ構成図である。 図１のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。 図１のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。 図１のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系の実施例２のレンズ構成図である。 図５のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。 図５のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。 図５のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系の実施例３のレンズ構成図である。 図９のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。 図９のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。 図９のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系の簡易移動図である。

Claims (6)

  1. 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レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、全てのレンズ群が移動するズームレンズ系において、
    第１レンズ群は、物体側から順に、負の第１レンズ、負の第２レンズ及び正の第３レンズの３枚から構成され、
    第２レンズ群は、物体側から順に、正の第４レンズ、正の第５レンズ、負の第６レンズ及び正の第７レンズの４枚から構成され、
    次の条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ系。
    （１）１．２７≦｜ｆ1G｜／ｆ2G＜１．５
    但し、
    ｆ1G：第１レンズ群の焦点距離（ｆ1G＜０）、
    ｆ2G：第２レンズ群の焦点距離。
  2. 請求項１記載のズームレンズ系において、第２レンズ群中の第５レンズと第６レンズは接合されており、この第５レンズと第６レンズの接合レンズの合成パワーは負であるズームレンズ系。
  3. 請求項２記載のズームレンズ系において、次の条件式（２）を満足するズームレンズ系。
    （２）０．８＜｜ｆ 5-6 ｜／ｆ 2G ＜１．２
    但し、
    ｆ 2G ：第２レンズ群の焦点距離、
    ｆ 5-6 ；第２レンズ群中の第５レンズと第６レンズの接合レンズの合成焦点距離。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載のズームレンズ系において、次の条件式（３）を満足するズームレンズ系。
    （３）-０．９＜（Ｒ 4a ＋Ｒ 4b ）／（Ｒ 4a -Ｒ 4b ）＜-０．５
    但し、
    Ｒ 4a ；第４レンズの物体側の面の曲率半径、
    Ｒ 4b ；第４レンズの像側の面の曲率半径。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のズームレンズ系において、次の条件式（４）を満足するズームレンズ系。
    （４）０．３＜ｆ 2G ／ｆ 3G ＜０．９
    但し、
    ｆ 2G ：第２レンズ群の焦点距離、
    ｆ 3G ；第３レンズ群の焦点距離。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１記載のズームレンズ系において、上記第３レンズ群は、正レンズ１枚、または正負レンズの貼合せレンズからなっているズームレンズ系。
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