JP5196822B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は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ズームレンズ及びそれを有する撮像装置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の撮像装置には、その高機能化及び小型化に伴い、それに用いる撮影光学系には広い撮影画角を包含した小型のズームレンズであることが求められている。

特に高画素の撮影素子を用いた撮像装置用のズームレンズには色収差として単色収差の補正のみならず広い波長域での色収差の補正を十分に行うことが要望されている。

又、この種の撮像装置には、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の光学部材が配置される。この為、それに用いるズームレンズにはバックフォーカスが長いことが要求される。

更に、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラ（カラー撮像装置）の場合には、撮像素子への入射角特性によって色のシェーディングが発生しないように像側がテレセントリックであることが要求されている。

バックフォーカスが長く像側のテレセントリック特性の良いズームレンズとして、物体側から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レンズ群で構成される３群ズームレンズが知られている(特許文献１、２)。

また、この負の屈折力のレンズ群が先行する３群ズームレンズにおいて、非球面や異常分散ガラスを適切に配置することにより、優れたテレセントリック特性を確保しつつ、倍率色収差を良好に補正した３群ズームレンズが知られている（特許文献３）。

又、このタイプの３群ズームレンズにおいて変倍比が４倍以上の高ズーム比のズームレンズが知られている（特許文献４、５）。
特開２００１−６６５０３号公報 特開２００１−２９６４７５号公報 特開平１１−１１９１０１号公報 特開平２００６−２０８８９０号公報 特開平２００６−２２７１９７号公報

近年、撮像装置（カメラ）がコンパクトであること、そしてそれに用いるズームレンズが高ズーム比であることが要望されている。これを達成する為に、非撮像時に各レンズ群の間隔を撮像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を用いたズームレンズが広く用いられている。

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る（レンズ全長が長くなる）。

この結果、所望の沈胴長を得るのが難しくなってくる。

そこで光学設計分野では、ズームレンズを構成する複数のレンズ面の一部を非球面形状とすることによって、全体のレンズ枚数を削減する手法が多く取られている。

非球面を用いた場合、単色での結像性能に関わる収差は補正出来る。しかしながら硝材選択が支配的となる色収差を補正する事は困難である。

特に、負の屈折力のレンズ群が先行する３群ズームレンズではレンズ枚数を増やすことなくズーム比を大きくすると、望遠端において軸上色収差の補正が困難となる。

これに対してズームレンズ中に異常分散性のある材料より成るレンズを用いると、その異常分散効果により望遠側において色収差の発生を少なくすることができる。

しかしながら異常分散性のある材料より成るレンズを単に光路中に設けても、高ズーム比を図りつつ、全ズーム範囲において色収差を補正し、高画質化を図るのは難しい。

高ズーム比を図りつつ、全ズーム範囲にわたり色収差を良好に補正し、高い光学性能を得るには、異常部分分散材より成るレンズの光路中の位置や、そのレンズが含まれるレンズ群の構成等を適切に設定することが重要になってくる。

負の屈折力のレンズ群が先行する３群ズームレンズは、レンズ群配置が非対称となるための異常部分分散材より成るレンズの使用方法は特に重要になってくる。

本発明は、広画角でかつズーム比が大きく、色収差を始めとする諸収差を全ズーム域にわたって良好に補正することができ、優れた光学性能を有するズームレンズ、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、物体側から像側へ順に、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レンズ群より構成され、ズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、前記第１レンズ群は物体側から像側へ順に負レンズと正レンズからなり、前記第２レンズ群は複数のレンズを有し、レンズ全系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆＷ、ｆＴ、望遠端において無限遠物体に合焦しているときの前記第２レンズ群の結像倍率をβ２Ｔ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｊ番目のレンズの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｊ、θｇＦｊ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｊ番目のレンズの空気中における焦点距離をｆｊ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｋ面の物体側と像側の屈折率を各々Ｎｋ、Ｎｋ´、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｋ面の曲率半径をＲｋとし、第２レンズ群の各要素の和をΣと表わすとき、
２．１＜｜β２Ｔ｜＜３．５
（ΔθｇＦ）ｊ＝θｇＦｊ−（−０．０１６８＊νｄｊ＋０．６４４）
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、広画角でかつズーム比が大きく、色収差を始めとする諸収差を全ズーム域にわたって良好に補正することができ、優れた光学性能を有するズームレンズ、及びそれを有する撮像装置が得られる。

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。

各実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、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レンズ群より構成され、ズーミングに際し各レンズ群の間隔が変化するズームレンズである。

第２レンズ群は複数のレンズを有している。

そして第２レンズ群のレンズ構成が後述する条件式（１）〜（３）を満足するように構成している。

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である。図２、図３、図４は本発明の実施例１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７、開口比２．８〜５．６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である。図６、図７、図８は本発明の実施例２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７、開口比２．８〜５．６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である。図１０、図１１、図１２は本発明の実施例３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８、開口比２．８〜６．０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断面図である。図１４、図１５、図１６は本発明の実施例４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６、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。

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

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は正の屈折力を有する第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力を有する第３レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の物体側に位置している。

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ガラスブロックである。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像光学系として使用する際には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれる。

収差図において、ｄ、ｇ、Ｃは各々ｄ線、ｇ線及びＣ線である。ΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面及びサジタル像面であり、倍率色収差はｇ線及びＣ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

なお、各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（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。

各実施例では、広角端から望遠端へのズーミング（変倍）に際してレンズ断面図に示す矢印のように移動している。

具体的には各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端の変倍に際して、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では、第２レンズ群Ｌ２の移動により主たる変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の往復移動及び第３レンズ群Ｌ３の像側方向への移動により、変倍に伴う像面変動を補正している。

開口絞りＳＰは開口径が、即ち開口面積が広角端と望遠端において異なるように調整手段（不図示）で調整されている。

各実施例では第２レンズ群Ｌ２のレンズ構成が次の条件式（１）〜（３）を満足するように構成している。

レンズ全系の広角端における焦点距離をｆＷ、望遠端における焦点距離をｆＴとする。

無限遠物体の合焦時の望遠端における第２レンズ群Ｌ２の結像倍率をβ２Ｔとする。

第２レンズ群Ｌ２内で物体側から数えて第ｊ番目のレンズの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｊ、θｇＦｊとする。

第２レンズ群Ｌ２内で物体側から数えて第ｊ番目のレンズの空気中における焦点距離をｆｊとする。

第２レンズ群Ｌ２内で物体側から数えて第ｋ面の物体側と像側の屈折率を各々Ｎｋ、Ｎｋ´とする。

第２レンズ群Ｌ２内で物体側から数えて第ｋ面の曲率半径をＲｋとする。

第２レンズ群Ｌ２内での各要素の和をΣと表わす。

（ΔθｇＦ）ｊ＝θｇＦｊ−（−０．０１６８＊νｄｊ＋０．６４４）
とおく。このとき

２．１＜｜β２Ｔ｜＜３．５・・・（１）

なる条件式の１以上を満足するようにしている。

ここでアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦは、次のとおりである。

フラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。

このとき
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
である。

又、ΔθｇＦは異常分散値であり、部分分散比θｇＦの標準線からの差であり、
ΔθｇＦ ＝ θｇＦ−（−０．０１６８＊νｄ＋０．６４４）
で表されるものである。

次に前述の条件式（１）〜（３）の技術的意味について説明する。

条件式（１）は物体側から像側へ順に、負、正、正の屈折力のレンズ群で構成される負の屈折力のレンズ群が先行する３群ズームレンズにおいて、所望のズーム比（例えばズーム比５以上）を効果的に得るための条件式である。

条件式（１）の上限を超えると第１レンズ群Ｌ１、第２群レンズ群Ｌ２の屈折力が大きくなりすぎると、各レンズ群内での収差補正のため第２レンズ群Ｌ２を少ない枚数（４又は５枚）で構成するのが困難となる。又、下限を超えると５倍以上のズーム比をもつズームレンズを得るのが困難となる。また、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ２の像側への移動量が大きくなり、全長が大型化するのでよくない。

より好ましくは上述の条件式（１）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

２．１＜｜β２Ｔ｜＜３．３・・・（１ａ）
更に好ましくは上述の条件式（１ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

２．２＜｜β２Ｔ｜＜３．０・・・（１ｂ）
条件式（２）は、第２レンズ群Ｌ２内の各レンズの材料（硝材）がもつ異常分散性に関する条件式である。

前述した式で示す異常分散値ΔθｇＦが正ならば標準硝材（材料）よりも部分分散比θｇＦが大きく、負ならば標準硝材よりも部分分散比θｇＦが小さいことを表し、その絶対値は異常分散の大きさを表す。

また、硝材の屈折率は一般に短波長ほど屈折率が大きくなるが、異常分散値ΔθｇＦが正の硝材は異常分散値ΔθｇＦが負の硝材と比較して、短波長側の屈折率の変化率が大きい。

ここで、高分散の硝材を負レンズ、低分散の硝材を正レンズに用いた単レンズの色消しを考える。高分散の硝材は一般に異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きい値をもつのに対し、低分散の硝材は一般に異常分散値ΔθｇＦの絶対値が小さい。このような硝材の組み合わせで1次の色消しを行うと、特に短波長側に２次スペクトル成分が残存する。残存する２次スペクトル成分の色消しを行う場合は、正レンズに異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きい（異常分散性が大きい）硝材（蛍石等）を用いる必要がある。

この関係を、ズームレンズを構成する各レンズ群の関係に適用する。

物体側から像側へ順に、負、正、正の屈折力のレンズ群で構成される負の屈折力のレンズ群が先行する３群ズームレンズの場合、第２レンズ群Ｌ２は主たる変倍レンズ群であり、開口絞り近傍に配置される。

このため軸上色収差に支配的である。また、第２レンズ群Ｌ２は正の屈折力のレンズ群であるため、レンズ群全体として異常分散値ΔθｇＦが正の異常分散性をもつようにレンズ群内のレンズを構成する。これによりズーム比を大きくした場合、課題となる短波長側における軸上色収差の補正が容易となる。

つまり、第２レンズ群Ｌ２を構成する各レンズにおいて、正レンズには異常分散値ΔθｇＦが正の硝材、負レンズには異常分散値ΔθｇＦが負の硝材を用いるようにすればよい。

しかし、第２レンズ群Ｌ２中の負レンズにはレンズ群内での1次の色消しと収差補正の関係上、屈折率が大きくアッベ数が小さい硝材が用いられる事が多い。一般にこの領域に存在する硝材は異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きい。

一方、第２レンズ群Ｌ２を構成する正レンズは1次の色消しのためアッベ数が大きい硝材を用いたり、ガラスモールド材を用いたりすると異常分散値ΔθｇＦが負の値をもつ場合が多い。

ゆえに従来、第２レンズ群Ｌ２全体としての異常分散性は悪い方向となりやすく、ズーム比を大きくすると望遠端での軸上色収差の補正が困難となっていた。

各実施例では、条件式（２）を満たすように第２レンズ群を構成する各レンズの材料を特定することで第２レンズ群Ｌ２の各レンズの材料がもつ異常分散性を適切に配置し、望遠端における軸上色収差を良好に補正している。

各実施例において異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きい材料としてＵＶ硬化樹脂（光学定数は（表１））、Ｎ−ポリビニルカルバゾール（光学定数は（表１））を用いている。また、異常分散値ΔθｇＦが負で絶対値が大きい材料としてＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）に体積分率１０％のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｃｉｄｅ）を分散させた材料（光学定数は（表２））を用いている。

なお、ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｕｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。

Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＩＴＯ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_Ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２
ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＩＴＯはＩＴＯの屈折率、Ｎ_Ｐはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＩＴＯ微粒子の総体積の分率である。

なお、各実施例で用いる材料は上記材料に限定されるものではない。

実施例１では、後述する第２レンズ群Ｌ２を構成する第４番目（物体側から数えたレンズであり以下同様）のレンズＧ２４に、異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きいＵＶ硬化樹脂を用いている。これによって第２レンズ群Ｌ２全体で条件式（２）を満足し、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。

実施例２では、後述する第２レンズ群Ｌ２を構成する第３番目のレンズＧ２３に異常分散値ΔθｇＦが負のセラミック材料、第４番目のレンズＧ２４に異常分散値ΔθｇＦが正の硝材を用いている。これにより第２レンズ群Ｌ２全体で条件式（２）を満足し、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。

実施例３では、後述する第２レンズ群Ｌ２を構成する第３番目のレンズＧ２３に異常分散値ΔθｇＦが負で絶対値が大きい、体積分率１０％のＩＴＯをＰＭＭＡに分散させた材料を用いている。これにより第２レンズ群Ｌ２全体で条件式（２）を満足し、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。

実施例４では、後述する第２レンズ群Ｌ２を構成する第４番目のレンズＧ２４に異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きいＮ−ポリビニルカルバゾールを用いている。これにより第２レンズ群Ｌ２全体で条件式（２）を満足し、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。

より好ましくは上述の条件式（２）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

更に好ましくは上述の条件式（２ａ）を以下の範囲とするのがよい。

条件式（３）は、第２レンズ群Ｌ２のもつペッツバール和に関する条件式である。

１次の色消しと条件式（２）を満足するように第２レンズ群Ｌ２を通常の硝材で構成した場合、正レンズにはアッベ数が大きく、異常分散値ΔθｇＦが正で絶対値が大きい硝材を用いる必要がある。

しかし、一般にこのような硝材は屈折率が小さい傾向にある。第２レンズ群Ｌ２の正レンズに屈折率の小さい硝材を用いた場合、レンズ群内のペッツバール和が小さくならず像面倒れの補正が不十分となりやすい。

各実施例では、各レンズの材料に前述のＵＶ硬化樹脂や微粒子分散材料等を適切に用いることにより、条件式（２）と条件式（３）を両立し、良好な光学性能を得ている。

条件式（３）の上限を超えると第２レンズ群Ｌ２のペッツバール和を小さくするのが不十分となり、像面倒れが悪化するのでよくない。

条件式（３）の下限に近づくほど第２レンズ群Ｌ２のペッツバール和が小さくなり好ましい。しかし、下限を超えると正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２のペッツバール和が負の方向となり、このような構成は少ないレンズ枚数での実現が困難となる。

より好ましくは上述の条件式（３）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

更に好ましくは上述の条件式（３ａ）を以下の範囲とするのがよい。

各実施例では、以上のように条件式（１）〜（３）を満足するように、各要素を構成することによって、構成レンズ枚数が比較的少なく、広角端で所望の画角を有し、且つ所望のズーム比を有した高い光学性能のズームレンズを得ている。

尚、条件式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）、（３ｂ）の上限値を条件式（１）〜（３）の上限値にしても良く、又、条件式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）、（３ｂ）の下限値を条件式（１）〜（３）の下限値としても良い。

各実施例における３群ズームレンズでは、開口絞りＳＰの絞り径を固定したままズーミングを行うと、広角端から望遠端にかけてＦナンバーが大きくなる。そうすると、特に画素ピッチが狭い固体撮像素子を用いた場合、望遠端において回折の影響が顕著となり高画質の画像を得るのが困難となってくる。

そこで、ズーミングを行い、ズーム比を大きくした場合でも、望遠端でのＦナンバーが暗くならないようにするために広角端でのＦナンバーを明るくすると、少ないレンズ枚数での収差補正が困難になってくる。

そこで各実施例において、より好ましくは広角端と望遠端において撮像時における開口絞りＳＰの最大絞り径が異なるように制御している。

特に各実施例において、撮像時における開口絞りＳＰの開口径の最大面積が広角端に比べ望遠端で大きくなるようにしている。これによって広角端から望遠端までの広いズーム範囲で良好な光学性能を得ている。

具体的には、広角端と望遠端での撮像時における開口絞りの開口面の最大面積を各々ＳＷ、ＳＴとする。このとき
１．５＜ＳＴ／ＳＷ＜４．０ ・・・（４）
なる条件を満足するように構成すれば良い。

条件式（４）の上限を超えた場合、開口絞りＳＰの絞り径の制御が過剰となり望遠端のＦナンバーが明るくなりすぎ、少ないレンズ枚数での収差補正が困難となる。若しくは、広角端でのＦナンバーが暗くなりすぎるためよくない。下限を超えた場合、開口絞りの絞り径の制御が不足となり広角端でのＦナンバーが明るくなりすぎるか、望遠端での回折の影響を緩和する効果が不十分となるためよくない。

より好ましくは上述の条件式（４）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
１．８＜ＳＴ／ＳＷ＜３．０ ・・・（４ａ）
更に好ましくは上述の条件式（４ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
２．０＜ＳＴ／ＳＷ＜３．０ ・・・（４ｂ）
開口絞りの開口径の制御方法は、広角端から望遠端へのズーミングに際しズーミングと連動して絞り径が大きくなるように開口絞りを制御してもよい。又、ズーミング途中で開口絞りを入れ替えるような機構を用いてもよい。

尚、条件式（４ａ）、（４ｂ）の上限値を条件式（４）の上限値としても良く、又、条件式（４ａ）、（４ｂ）の下限値を条件式（４）の下限値としても良い。

次の各実施例におけるレンズ構成の具体的な特徴について述べる。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１はいずれも最も物体側のレンズ径の増大を抑えられるように、負レンズと正レンズの２つのレンズより構成している。

具体的には第１レンズ群Ｌ１は物体側より像側へ順に、像側の面が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ１１、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１２で構成している。

このような構成により少ないレンズ枚数でレンズ系全体の小型化を図りながら諸収差を良好に補正している。

更に負レンズＧ１１の像側の面をレンズ中心からレンズ周辺に行くほど負の屈折力が弱くなる非球面形状としている。これにより非点収差と歪曲収差をバランスよく補正し、第１レンズ群を２枚のレンズで構成してレンズ全体のコンパクト化を図っている。

尚、負レンズＧ１１に設ける非球面は物体側のレンズ面であっても良い。この場合の非球面形状はレンズ中心からレンズ周辺に向かって徐々に曲率がきつくなる形状とすればよい。

更に負レンズＧ１１の両面を非球面形状としても良い。

各実施例において、第２レンズ群は正レンズと負レンズから成る接合レンズを１以上有している。

このうち、実施例１において第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２を接合した接合レンズ、負レンズＧ２３と正レンズＧ２４と正レンズＧ２５を接合した接合レンズで構成している。

実施例２において第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２を接合した接合レンズ、負レンズＧ２３と正レンズＧ２４を接合した接合レンズで構成している。

実施例３において第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２と負レンズＧ２３を接合した接合レンズ、負レンズＧ２４と正レンズＧ２５を接合した接合レンズで構成している。

実施例４において第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２を接合した接合レンズ、負レンズＧ２３と正レンズＧ２４と正レンズＧ２５を接合した接合レンズで構成している。

各実施例において、第２レンズ群Ｌ２はズーミングに伴う収差変動が起こりやすいので比較的対称なレンズ構成とすることでズーミング時の収差変動を低減している。

第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の正レンズＧ２１は、第１レンズ群Ｌ１を射出した軸外光線が大きく屈折しても軸外諸収差が多く発生しないように物体側の面を凸形状にしている。

また、第１レンズ群Ｌ１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正レンズＧ２１の物体側の面を凸形状としている。

また、各実施例において、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の面は軸上光線が最も高くなる面であるので、この面を非球面形状とすることで球面収差、コマ収差を良好に補正している。また、第２レンズ群Ｌ２の最も像側の面を非球面形状とすることで高次の球面収差、コマ収差を補正している。

更に実施例１、２、４では負レンズＧ２２の像側の面を実施例３では負レンズＧ２３の像側の面を凹形状としている。

これにより正レンズＧ２１の物体側のレンズ面で発生するコマ収差を負レンズＧ２２又は負レンズＧ２３の像側のレンズ面で補正している。

以上のような構成とすることで高ズーム比化に伴う第２レンズ群Ｌ２からの収差の発生を全ズーム域で低減している。

また、各実施例において、第３レンズ群Ｌ３は１枚の正レンズで構成している。第３レンズ群Ｌ３は、第１レンズ群Ｌ1、第２レンズ群Ｌ２で構成されるショートズーム系の屈折力を分担し、フィールドレンズの役割を持たせている。これにより固体撮像素子を用いた撮像装置で必要な像側にテレセントリックな結像を達成している。

尚、第３レンズ群Ｌ３は広角端から望遠端へのズーミングに際して像側に移動させているが、各実施例のズームレンズとしてはズーミングのためには不動としても良い。不動とすると駆動のために必要なメカ部材、アクチュエーター等が不要となる。

また各実施例のズームレンズでは、フォーカシングを構成レンズ枚数が少ない第３レンズ群Ｌ３で行うのが良い。これによればフォーカスレンズユニットが小型化され好ましい。

尚、各実施例において諸収差のうち歪曲収差は公知の電気的な収差補正方法を用いて補正してもよい。

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ていた。この代わりに、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の物体側又は第３レンズ群Ｌ３の像側の少なくとも一方に屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。

又、各実施例のズームレンズは、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る３群構成に限定されるものではない。第２レンズ群を正、正のレンズ群に分割した場合、負、正、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成や、第２レンズ群を正、負のレンズ群構成に分割した負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成にも適用される。

以上のように、各実施例では負の屈折力のレンズ群より先行するズームレンズにおいて、前述の如くレンズ群を構成することにより、ズーム比５以上の高ズーム比とレンズ群の小型化を両立した高性能なズームレンズを得ている。

次に、各実施例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、Ｎｄｉ、νｄｉははそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。

樹脂やＩＴＯ微粒子分散材料で形成されたレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数は別途ＮＧＮＬｍ又はＮＧＬｍ、νＧＮＬｍ又はνＧＬｍ、（ｍ＝１、２、・・・）で示している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

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とする。ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径とする。Ｋを円錐定数、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ｅを非球面係数とする。このとき、
ｘ ＝ （ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）＊（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋Ｂ＊ｈ^４＋Ｃ＊ｈ^６＋Ｄ＊ｈ^８＋Ｅ＊ｈ^１０
なる式で表している。

なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。

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ブロックである。

また、前述の各条件式と数値実施例との関係を（表３）、（表４）に示す。

（数値実施例１）
f=4.62〜17.90〜32.18 Fno=2.8〜4.2〜5.6 2ω=75.4°〜22.6°〜12.7°

R1= 172.5327 D1= 1.80 Nd1= 1.77250 νd1= 49.6
*R2= 7.3755 D2= 3.51
R3= 14.6110 D3= 2.40 Nd2= 1.84666 νd2= 23.8
R4= 33.6324 D4= 可変
R5= ∞（開口絞り） D5= 0.50
*R6= 7.0936 D6= 4.15 Nd3= 1.77250 νd3= 49.6
R7= -10.3524 D7= 0.50 Nd4= 1.62004 νd4= 36.3
R8= 5.0559 D8= 0.60
R9= 8.4380 D9= 0.50 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= 4.2337 D10= 0.66 NGNL1= 1.63555 νGNL1= 22.7
R11= 5.5309 D11= 2.96 Nd6= 1.73077 νd7= 40.5
*R12= 21.1340 D12= 可変
R13= 12.8890 D13= 2.40 Nd7= 1.56883 νd8= 56.4
R14= -109.6070 D14= 可変
R15= ∞ D15= 1.00 Nd8= 1.51633 νd9= 64.1
R16= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 -1.99784E+00 3.74169E-04 -1.50665E-06 8.86082E-09 -4.97929E-11
R6 -6.58657E-01 4.80874E-05 9.62458E-07 -6.89659E-08 1.04318E-10
R12 0.00000E+00 -9.44372E-05 -8.45980E-06 1.05385E-07 -9.92052E-08

（数値実施例２）
f=4.63〜17.93〜32.10 Fno=2.8〜4.2〜5.6 2ω=75.2°〜22.6°〜12.6°

R1= 419.6789 D1= 2.20 Nd1= 1.88300 νd1= 40.8
*R2= 8.7784 D2= 3.51
R3= 16.6343 D3= 2.60 Nd2= 1.92286 νd2= 18.9
R4= 37.2068 D4= 可変
R5= ∞（開口絞り） D5= 0.50
*R6= 7.7281 D6= 4.04 Nd3= 1.74320 νd3= 49.3
R7= -9.1168 D7= 1.00 Nd4= 1.60342 νd4= 38.0
R8= 4.9756 D8= 0.60
R9= 6.7042 D9= 0.99 Nd5= 2.08200 νd5= 30.1
R10= 5.1504 D10= 2.59 Nd6= 1.56907 νd6= 71.3
*R11= 34.5373 D11= 可変
R12= 12.0834 D12= 2.40 Nd7= 1.48749 νd7= 70.2
R13= -140.6995 D13= 可変
R14= ∞ D14= 1.00 Nd8= 1.48749 νd8= 70.2
R15= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 -2.41899E+00 2.81851E-04 4.66273E-07 -3.58586E-08 2.94828E-10
R6 -6.36829E-01 9.31760E-06 4.40711E-07 -9.11687E-08 8.91057E-10
R11 0.00000E+00 -7.93907E-05 -8.55194E-06 -9.68709E-07 -5.26015E-08

（数値実施例３）
f=4.60〜19.85〜37.00 Fno=2.8〜4.5〜6.0 2ω=75.6°〜20.4°〜11.0°

*R1= 82.0907 D1= 1.80 Nd1= 1.88300 νd1= 40.8
*R2= 8.7663 D2= 3.51
R3= 14.6720 D3= 2.40 Nd2= 1.92286 νd2= 18.9
R4= 26.5643 D4= 可変
R5= ∞（開口絞り） D5= 0.50
*R6= 7.2220 D6= 4.32 Nd3= 1.77250 νd3= 49.6
R7= -12.1128 D7= 0.50 Nd4= 1.62004 νd4= 36.3
R8= 5.2870 D8= 0.13 NGL1= 1.53218 νGL1= 20.6
R9= 4.8806 D9= 1.50
R10= 9.5618 D10= 0.50 Nd5= 1.76182 νd5= 26.5
R11= 5.3799 D11= 3.00 Nd6= 1.73077 νd7= 40.5
*R12= 19.6420 D12= 可変
R13= 10.0682 D13= 2.40 Nd7= 1.48749 νd8= 70.2
R14= -123.3061 D14= 可変
R15= ∞ D15= 1.00 Nd8= 1.51633 νd9= 64.1
R16= ∞

非球面係数
k B C D E
R1 0.00000E+00 8.43901E-05 -5.80907E-07 1.50410E-09 -1.64079E-12
R2 -2.20328E+00 3.78697E-04 -2.31421E-07 -1.00655E-08 1.98485E-11
R6 -5.09240E-01 1.38681E-05 -5.49594E-07 3.64440E-08 -1.49066E-09
R12 0.00000E+00 3.38664E-05 -1.38573E-05 1.47566E-06 -1.01809E-07

(数値実施例４）
f=4.78〜15.47〜28.54 Fno=2.8〜4.2〜5.6 2ω=73.5°〜26.0°〜14.3°

R1= 58.4423 D1= 2.00 Nd1= 1.88300 νd1= 40.8
*R2= 7.5728 D2= 4.02
R3= 15.6444 D3= 2.40 Nd2= 1.92286 νd2= 18.9
R4= 31.6170 D4= 可変
R5= ∞（開口絞り） D5= 0.50
*R6= 6.8542 D6= 3.91 Nd3= 1.77250 νd3= 49.6
R7= -7.9989 D7= 0.50 Nd4= 1.62004 νd4= 36.3
R8= 5.2283 D8= 0.80
R9= 15.8902 D9= 0.50 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= 4.6528 D10= 0.66 NGNL1= 1.69591 νGNL1= 17.7
R11= 6.4779 D11= 2.55 Nd6= 1.73077 νd7= 40.5
*R12= -280.0411 D12= 可変
R13= 12.0652 D13= 2.40 Nd7= 1.48749 νd8= 70.2
R14= -92.7994 D14= 可変
R15= ∞ D15= 1.00 Nd8= 1.51633 νd9= 64.1
R16= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 -2.28970E+00 4.23652E-04 -1.40738E-06 -1.78684E-08 2.69061E-10
R6 -2.13968E-01 -2.07056E-04 -1.17305E-06 -2.41818E-07 1.60317E-09
R12 0.00000E+00 -1.30013E-04 1.00834E-05 -2.22118E-06 6.07154E-08

次に本発明のズームレンズを撮像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像光学系である。２２は撮像光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子である。２３は撮像素子２２が受光した被写体像を記録する記録手段、２４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２２上に形成された被写体像が表示される。

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撮像装置を実現している。

実施例１のレンズ断面図 実施例１の広角端における収差図 実施例１の中間のズーム位置における収差図 実施例１の望遠端における収差図 実施例２のレンズ断面図 実施例２の広角端における収差図 実施例２の中間のズーム位置における収差図 実施例２の望遠端における収差図 実施例３のレンズ断面図 実施例３の広角端における収差図 実施例３の中間のズーム位置における収差図 実施例３の望遠端における収差図 実施例４のレンズ断面図 実施例４の広角端における収差図 実施例４の中間のズーム位置における収差図 実施例４の望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

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
ＳＰ 開口絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (4)

1. 物体側から像側へ順に、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レンズ群より構成され、ズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、前記第１レンズ群は物体側から像側へ順に負レンズと正レンズからなり、前記第２レンズ群は複数のレンズを有し、レンズ全系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆＷ、ｆＴ、望遠端において無限遠物体に合焦しているときの前記第２レンズ群の結像倍率をβ２Ｔ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｊ番目のレンズの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｊ、θｇＦｊ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｊ番目のレンズの空気中における焦点距離をｆｊ、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｋ面の物体側と像側の屈折率を各々Ｎｋ、Ｎｋ´、前記第２レンズ群の物体側から数えて第ｋ面の曲率半径をＲｋとし、第２レンズ群の各要素の和をΣと表わすとき、
   ２．１＜｜β２Ｔ｜＜３．５
   （ΔθｇＦ）ｊ＝θｇＦｊ−（−０．０１６８＊νｄｊ＋０．６４４）
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 開口絞りを有し、該開口絞りの開口径が広角端と望遠端で異なることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 広角端と望遠端での撮像時における前記開口絞りの開口面の最大面積を各々ＳＷ、ＳＴとするとき、
   １．５＜ＳＴ／ＳＷ＜４．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項２のズームレンズ。
4. 請求項１乃至３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を有することを特徴とする撮像装置。