JP5207806B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ等の撮像装置に好適なものである。

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）は、高機能化されている。そして撮像装置の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い画角（撮影画角）を包含した大口径比で高い光学性能を有した小型のズームレンズであることが求められている。

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、比較的バックフォーカスの長いことが要求される。

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には、色シェーディングを避けるため、像側のテレセントリック特性の良いことが望まれている。

全系が小型でバックフォーカスが長く、しかも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、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型のズームレンズが知られている。

ネガティブリード型のズームレンズとして、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、および正の屈折力の第３レンズ群より成る３群ズームレンズが知られている（特許文献１）。

このタイプの３群ズームレンズで広画角化を図ったズームレンズが知られている（特許文献２、３）。

又、このタイプの３群ズームレンズで高ズーム比化を図ったズームレンズが知られている（特許文献４、５）。

又、このタイプの３群ズームレンズにおいて、ズーミングに際し全てのレンズ群が移動し、第２レンズ群に接合レンズを使用して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６、７）。
特開平７−２６１０８３号公報 特開２００６−８４８２９号公報 特開２００７−２１２６３６号公報 特開２００６−２０８８９０号公報 特開２００６−２２７１９７号公報 特開２００４−６１６７５号公報 特開２００５−３３１６４１号公報

近年、ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いるズームレンズには、撮像素子の高性能化に伴って小型でかつ高い光学性能を有することが強く要望されている。

ネガティブリード型の３群ズームレンズにおいて全系の小型化及び高ズーム比化を図るにはズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めるのが有効である。

しかしながら、例えば、広画角化及び高ズーム比化を図るため、各レンズ群の屈折力を単に強めると、ズーミングに伴う収差変動が増大し、全ズーム範囲において高い光学性能を得るのが困難になってくる。

このため、ネガティブリード型の３群ズームレンズにおいて、全系の小型化を図りつつ、広画角化かつ高ズーム比化を達成するためには、各レンズ群の屈折力配置とズーミングの際の各レンズ群の移動軌跡等を適切に設定することが重要となってくる。

例えば、第１レンズ群の屈折力の値を適切に設定しないと全系の小型化および広画角化を図りつつ、高い光学性能を得るのが困難になってくる。

又、高ズーム比化を図りつつ、全ズーム範囲中で高い光学性能を得るには、ズーミングの際の収差変動を少なくすることが重要である。

特にレンズ系全体の小型化と高ズーム比化を図りつつ、全ズーム範囲で高い光学性能を得るには、主変倍のレンズ群である第２レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要となってくる。

例えば第２レンズ群の屈折力や、広角端と望遠端における結像倍率等を適切に設定しないと、ズーミングに伴う諸収差の変動を小さくすることが困難になってくる。

これらのことはネガティブリード型の３群ズームレンズに限らず、それ以上のレンズ群を有するネガティブリード型のズームレンズでも同様である。

本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、全ズーム範囲中で高い光学性能が得られ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レンズ群より構成され、ズーミングに際して少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が移動するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚のレンズより構成されており、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴ、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、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の望遠端における横倍率をβ２Ｔ、前記第１レンズ群の２枚のレンズのうち像側に配置されたレンズの焦点距離をｆ＿Ｇ２とするとき、
０．００＜｜ｆ１／ｆ３｜＜０．４５
１．０＜｜β２ｗ｜／（１／√（β２Ｔ／β２ｗ））＜１．５
０．００＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆＴ）≦１．０５
３．７２≦β２Ｔ／β２ｗ＜７．０
１．５＜｜ｆ＿Ｇ２／ｆ１｜＜２．５
の条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、レンズ系全体がコンパクトで、全ズーム範囲中で高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。

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レンズ群より構成されている。

ズーミングに際して少なくとも第１レンズ群と第２レンズ群が移動する。

本発明のズームレンズでは、第１レンズ群の物体側又は第３レンズ群の像側に屈折力のあるレンズ群が配置される場合もある。

図１は本発明の実施例１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３．７９、開口比２．９〜５．９程度のズームレンズである。

図５は本発明の実施例２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４．１８、開口比２．６〜５．９程度のズームレンズである。

図９は本発明の実施例３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、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比４．６８、開口比２．５〜５．９程度のズームレンズである。

図１３は本発明の実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。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４．８５、開口比２．８〜７．０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の要部概略図である。

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。

尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の光学機器に用いるときは、左方がスクリーン、右方が被投影画像となる。

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は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。

Ｌ２ａは正の屈折力の第２ａレンズ群、Ｌ２ｂは正の屈折力の第２ｂレンズ群である。

Ｌ１ａｉｒ、Ｌ２ａｉｒは負の屈折力の空気レンズである。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。

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）の撮像面が置かれる。

収差図のうち、球面収差図においては、ｄ線及びｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角である。

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。

レンズ断面図において、矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。

各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーム位置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の一部を描いて略往復移動して、変倍に伴う像面変動を補正している。第２レンズ群Ｌ２が物体側に単調に移動して主たる変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３は像側に移動している。

このとき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と第２レンズ群Ｌ２との間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きくなるように各レンズ群が移動している。

第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行っている。

Ｆナンバー決定部材ＳＰは、光軸方向に関して、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置されたレンズＧ２１の物体側頂点と、レンズＧ２１の物体側の面と外周部（コバ部）との交点の間に配置している。

このように、Ｆナンバー決定部材ＳＰを第２レンズ群Ｌ２中に置き、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と共に移動させて広角側での入射瞳と第１レンズ群Ｌ１との距離を縮めている。

開口絞りＳＰをこのように配置することにより望遠端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が詰められるため、ズーミングのための第２レンズ群Ｌ２の物体側への移動量を十分確保することができる。これにより高ズーム化としながら望遠端におけるレンズ全長の増大を防いでいる。

次に各実施例のズームレンズのレンズ構成の特徴について説明する。

一般に全系が小型で広画角のズームレンズを構成する場合、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を選択すると、後側主点位置を像側へ位置させることができて長いバックフォーカスが容易に得られる。

そして、像側のテレセントリック特性が良いズームレンズを実現するためには、撮像素子（像面）に最も近いレンズ群を正の屈折力のレンズ群とし、フィールドレンズの役割を持たせるのが良い。

各実施例のズームレンズでは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、そして正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の少なくとも３つのレンズ群より構成している。

そして、広画角で全系が小型で高ズーム比を確保しつつ、全ズーム範囲において良好な光学性能を実現するために、次に示す３つの構成を考慮するのが良い。

１つめは、第１レンズ群の屈折力を適正に設定することである。

一般に、ズームレンズの画角を広角化すると、前玉径が大型化してくる。

前玉径は第１レンズ群を通過する軸外光線の高さで決まるため、第１レンズ群の屈折力を適切に設定し、軸外光線を十分屈折させることで広角化を図りつつ、小型にすることができる。

２つめは、第２レンズ群Ｌ２の広角端と望遠端における横倍率を適正に設定することである。

一般に、第３レンズ群Ｌ３の光路上の位置が広角端および望遠端でほぼ変わらない配置となる、３群ズームレンズにおいて、全長の小型化を図るには、広角端と望遠端におけるレンズ全長が等しくなるのが良い。この条件を近軸的に解くと、第２レンズ群Ｌ２の広角端および望遠端の横倍率を

β２ｗ＝１／√Ｚ
β２Ｔ＝√Ｚ

Ｚ＝ｆＴ／ｆｗ
とするのがよいことがわかる。

このとき、第１レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際して、全ズーム範囲のうち、まず広角端から中間のズーム位置（中間の焦点距離）までは像側に移動し、その後、望遠端に至るまで物体側に繰り出す軌跡で移動する。

このとき開口絞りＳＰが第２レンズ群に近接して配置されている場合、上記のように第２レンズ群の横倍率を設定すると、広角端において第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広がりすぎてしまい、広画角化した際に、前玉径が大型化してくる。

このような状況において、無理に前玉径の小型化を図ろうとすると、第１レンズ群の屈折力を過剰に強めなければならない。この結果、ペッツバール和がマイナス側に増大し、像面湾曲が増大してくる。

広画角化と小型化を両立させるためには、広角端において第１レンズ群と開口絞りとの間隔を近づけるのが良い。

これを実現するためには、広角端における第２レンズ群の横倍率β２ｗを

１／√Ｚ

より大きい値に設定するのがよい。

つまり、広画角化と小型化を両立させるためには、広角端の第２レンズ群の横倍率を

β２ｗ＝β２ｗ／（１／√Ｚ）＞１

とするのがよい。

また、各実施例のように第２レンズ群を主変倍レンズ群とし、第３レンズ群の変倍分担が小さい場合、
Ｚ≒β２Ｔ／β２Ｗ
となる。

３つめは、第２レンズ群の屈折力を適正に設定することである。

第２レンズ群の屈折力を適切に設定することで、ズーミングの際の第２レンズ群の移動量をあまり大きくせずに、高ズーム比を達成することができる。

以上の理由により各実施例では次の条件式（１）〜（３）を同時に満たすことで、全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズを実現している。

即ち、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆＴとする。第１、第２、第３レンズ群の焦点距離を順にｆ１、ｆ２、ｆ３とする。

第２レンズ群の広角端と望遠端における横倍率を各々β２ｗ、β２Ｔとする。

このとき
０．００＜｜ｆ１／ｆ３｜＜０．４５ ・・・（１）

１．０＜｜β２ｗ｜／（１／√（β２Ｔ／β２ｗ））＜１．５・・・（２）
０．００＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆＴ）≦１．０５・・・（３）

なる条件式を満足している。

条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１の屈折力を規定したものである。

条件式（１）の上限値を越えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなりすぎると、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなりすぎると、前玉径（第１レンズ群Ｌ１の有効径）を小型にするのが困難になる。

条件式（１）の下限値を越えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さくなりすぎると、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなりすぎると、ペッツバール和がマイナス側に増大し、像面湾曲、特に広角端における像面湾曲が増大するので良くない。

条件式（２）は第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う横倍率を規定したものである。

条件式（２）が１となる場合は、ズーミングに伴い第１レンズ群Ｌ１が完全往復移動する場合を表している。

条件式（２）の上限値を超えると、広角端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔は近づくが、所望の変倍比を得ようとすると、第１レンズ群Ｌ１の移動量が増加する。このため、沈胴長が増大してくるので良くない。

条件式（２）の下限値を超えると、広角端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が広がりすぎて、前玉径を通過する軸外光線の入射高の高さが増大するので良くない。

このとき、前玉径の小型化を図ろうとすると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を過剰に強めなければならず、この結果、ペッツバール和がマイナス側に増大し、像面湾曲が増大してくるので良くない。

条件式（３）は第２レンズ群Ｌ２の屈折力を規定するものである。

条件式（３）の上限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長くなりすぎると、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が小さくなりすぎると、所望のズーム比を得るためには、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２の移動量を増大させなければならない。

この結果、沈胴時の光学全長が長くなるので良くない。

条件式（３）の下限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなりすぎると、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が大きくなりすぎると、ズーム全域において球面収差とコマ収差を良好に補正するのが困難になる。

さらに望ましくは、条件式（１）〜（３）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。

０．１５＜｜ｆ１／ｆ３｜＜０．４３ ・・・（１ａ）

１．０５＜｜β２ｗ｜／（１／√（β２Ｔ／β２ｗ））＜１．２５・・・（２ａ）
０．８０＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆＴ）≦１．０５ ・・・（３ａ）

以上のように各構成要件を特定することによってレンズ系全体が小型で、全ズーム範囲で高い光学性能を有した広画角のズームレンズを得ている。

各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。

第１レンズ群Ｌ１は少なくとも１枚の正レンズを有し、該正レンズの材料の屈折率をｎｄとする。

第２レンズ群Ｌ２には、空気レンズが形成されており、空気レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１ａｉｒ、像側の面の曲率半径をＲ２ａｉｒとする。

尚、空気レンズが複数形成されているときは、最も屈折力の強い空気レンズとする。

第１レンズ群Ｌ１は２枚のレンズより構成され、第１レンズ群Ｌ１の物体側に配置されたレンズの像側の面の曲率半径をＧ１Ｒ２とする。又、第１レンズ群Ｌ１の像側に配置されたレンズの物体側の面の曲率半径をＧ２Ｒ１とする。

第１レンズ群Ｌ１の像側に配置されたレンズの焦点距離をｆ＿Ｇ２とする。

第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズのうち、最も物体側に配置されたレンズの材料の屈折率をＮ２とする。

このとき、
３．７２≦β２Ｔ／β２ｗ＜７．０ ・・・（４）
ｎｄ＞１．９３ ・・・（５）
−１０＜（Ｒ１ａｉｒ＋Ｒ２ａｉｒ）／（Ｒ１ａｉｒ−Ｒ２ａｉｒ）＜−１・・・（６）
−１０．０＜（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／（Ｇ１Ｒ２−Ｇ２Ｒ１）＜−３．３・・・（７）
５．１＜ｆ３／ｆｗ＜１１．０ ・・・（８）
１．５＜｜ｆ＿Ｇ２／ｆ１｜＜２．５ ・・・（９）
Ｎ２＞１．７５ ・・・（１０）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。

条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う横倍率の変化を規定するものである。

条件式（４）の上限値を超えて、ズーミングに伴う第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過大になると、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う移動量が増大するため、沈胴長が大型化してくるので良くない。

条件式（４）の下限値を超えて、ズーミングに伴う第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過小になると第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過小になり、所望のズーム比を得るのが困難になる。

条件式（５）は第１レンズ群Ｌ１の正レンズの材料の屈折率を規定したものである。

条件式（５）の下限値を超えると、正レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなるため、ペッツバール和がプラス側に増大し、像面湾曲が増大してくるので良くない。

条件式（６）は、第２レンズ群Ｌ２中の空気レンズ（複数あるときは最も屈折力の強い空気レンズ）の形状を規定したものである。

この空気レンズの形状は物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状である。空気レンズの両側は屈折率１以上の媒質で挟まれており、屈折率差が生じているので、この空気レンズは、負レンズと同様の屈折作用を有するレンズとみなせる。

条件式（６）の値が−１となるとき、空気レンズは物体側に凸面を向けた凸平形状となる。

条件式（６）の値が−１より小さくなるほど、物体側および像側の面の曲率がともに大きくなり、メニスカス度合いが強まる。

従って、条件式（６）の下限値を超えると、空気レンズの物体側および像側の面の曲率が強まり、空気レンズの形状のメニスカス度合いが強まる。

この結果、軸上光線および軸外光線を跳ね上げる力が過度となり、ズーム全域において球面収差が補正不足となり、又、上線光（Ｆナンバーが明るい光線）によってフレアが増大してくる。

条件式（６）の上限値を超えると、空気レンズが担っている負の屈折力が弱まってくる。

この結果、特に望遠端において軸上色収差を補正するため、負の屈折力を有するレンズを新たに配置しなければならず、構成レンズ枚数が増大してくるので良くない。

条件式（７）は、第１レンズ群Ｌ１中に形成される空気レンズの形状を規定したものである。

条件式（７）の下限値を超えると、空気レンズの形状のメニスカス度合いが強まる。

第１レンズＧ１１は物体側に凸面を向けたメニスカス形状なので、像側の面の曲率が大きくなると、第１レンズＧ１１と第２レンズＧ１２は周辺で干渉してくる。この干渉を避けるためには、第１レンズＧ１１と第２レンズＧ１２の軸上間隔を広くする必要がある。この結果、第１レンズ群Ｌ１の総厚が増大してきて、かつ前玉径が大型化してくるので良くない。

条件式（７）の上限値を超えると、空気レンズが担っている負の屈折力が弱まるため、広角端において歪曲収差を良好に補正することが困難となる。

条件式（８）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力を規定するものである。

条件式（８）の上限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が小さくなりすぎると、像側でのテレセントリック特性が悪くなってくる。

条件式（８）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強すぎると、第３レンズ群Ｌ３でフォーカスするときのフォーカス変動（フォーカス敏感度）が大きくなってくるので良くない。

ここで、フォーカス敏感度とは第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の単位変動に対する像位置の変動の比をいう。

条件式（９）は、第１レンズ群Ｌ１の正レンズＧ１２の屈折力を規定するものである。

条件式（９）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１に占める正レンズＧ１２の屈折力が過剰となるため、第１レンズ群Ｌ１を正レンズ１枚で構成することが困難となる。

条件式（９）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１に占める正レンズＧ１２の屈折力が過小となり、広角端において倍率色収差が補正不足となるので良くない。

条件式（１０）は、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の正レンズＧ２１の材料の屈折率を規定するものである。

第２レンズ群Ｌ２は絞りＳＰの直後にあるレンズ群であり、主に球面収差とコマ収差を補正するのに重要となっている。

又、高ズーム比を得るためにはその屈折力を良好な光学性能が得られる限度まで強めている。

条件式（１０）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の正レンズＧ２１のレンズ面の曲率を大きくしなければならず、この結果、球面収差が補正不足となってくるので良くない。

さらに、望ましくは条件式（４）〜（１０）の数値範囲を以下の如く設定するのがよい。

３．７２≦β２Ｔ／β２ｗ＜５．０ ・・・（４ａ）
ｎｄ＞１．９４ ・・・（５ａ）
−５．０＜（Ｒ１ａｉｒ＋Ｒ２ａｉｒ）／（Ｒ１ａｉｒ−Ｒ２ａｉｒ）＜−１．５
・・・（６ａ）
−５．０＜（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／（Ｇ１Ｒ２−Ｇ２Ｒ１）＜−３．３・・・（７ａ）
５．５＜ｆ３／ｆｗ＜１０．７ ・・・（８ａ）
１．６＜｜ｆ＿Ｇ２／ｆ１｜＜２．４ ・・・（９ａ）
Ｎ２＞１．７６ ・・・（１０ａ）
尚、第１レンズ群Ｌ１は、物体側と像側の面が非球面形状の負レンズを有することが良い。これによれば全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能をえるのが容易となる。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。

各実施例においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ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。そして負レンズＧ１１と正レンズＧ１２との間で空気レンズＬ１ａｉｒを構成している。

第１レンズ群Ｌ１は、広角端における軸外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、前述の如く負レンズＧ１１と正レンズＧ１２より構成し、最も物体側のレンズ径の増大を抑えている。

第１レンズ群Ｌ１は構成レンズ枚数を２枚とし、どちらのレンズも高屈折率硝材を用いることで、各レンズ面の屈折力を小さくし、像面湾曲を抑制している。

そして、負レンズＧ１１に低分散硝材を使用し、正レンズＧ１２に高分散硝材を使用することで、望遠端において軸上色収差および広角端において倍率色収差を良好に補正している。

また、メニスカス形状の負レンズＧ１１は物体側の面と、像側の面ともにレンズ中心からレンズ周辺に向かって負の屈折力が弱ま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、全系の小型化を図っている。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズＧ２１と、像面側に凹面を向けた（像面側が凹形状）負レンズＧ２２とを接合した接合レンズより成る第２ａレンズ群Ｌ２ａを有している。更に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ２３と、両レンズ面が凸面の正レンズＧ２４とを接合した接合レンズより成る第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを有している。

この他、第２レンズ群Ｌ２を物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズＧ２１と、像面側に凹面を向けた負レンズＧ２２とを接合した接合レンズより成る第２ａレンズ群Ｌ２ａと、正レンズＧ２３より成る第２ｂレンズ群Ｌ２ｂで構成している。

そして、負レンズＧ２２と負レンズＧ２３との間又は負レンズＧ２２と正レンズＧ２３との間で負の屈折力の空気レンズＬ２ａｉｒを形成している。

各実施例のズームレンズでは、第２レンズ群Ｌ２を第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂで構成することで広画角化に伴う第２レンズ群Ｌ２の屈折力の増大を分担するとともに、偏芯敏感度を低減している。

第２ａレンズ群Ｌ２ａの構成は物体側に正レンズＧ２１を配置し、第１レンズ群Ｌ１を射出した軸外光線の屈折角を少なくし、軸外諸収差の発生が少なくなる様な形状としている。

最も物体側に配置された正レンズＧ２１は、最も軸上光線の通る高さが高いレンズであり、球面収差とコマ収差の発生に強く影響する。

そこで各実施例においては、最も物体側に配置された正レンズＧ２１の物体側のレンズ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とコマ収差を良好に補正している。

また、第２ａレンズ群Ｌ２ａの正レンズＧ２１は物体側に凸面を向けたレンズ形状とし、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの正レンズは両面を凸形状とすることで、球面収差と非点収差を良好に補正している。

また、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂは薄型化のため両凸形状の単一の正レンズで構成し、合計３枚のレンズで構成することも有効である。

第３レンズ群Ｌ３は、テレセントリック特性を確保するためのフィールドレンズとしての役割を果たしており、軸上レンズ厚の短縮のため、１枚の正レンズＧ３１で構成している。

又、第３レンズ群Ｌ３はフォーカスレンズ群であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う際に像側から物体側へ移動する。

フォーカシングを行う際に、位置敏感度を適切に設定することで、フォーカシングの高速化を容易にしている。

各実施例では以上の様に、各レンズ群を構成する事により、良好な光学性能を保ちつつ、レンズ全系のコンパクト化を達成している。

この他、前述の如く各レンズ群の屈折力およびズーミングの際の各レンズ群の移動軌跡等を適切に設定することで、広画角・高ズーム比で、沈胴式のズームレンズに適した、ズーム比が３．５倍以上の優れた光学性能を有するズームレンズを達成している。

また、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、特に広角端における像面湾曲および大口径比化した際の球面収差の補正を効果的に行った高い光学性能を有したズームレンズを得ている。

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である。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である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。

また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さ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
ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａ４・ｈ⁴＋Ａ６・ｈ⁶＋Ａ８・ｈ⁸＋Ａ１０・ｈ¹⁰
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。

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。

各数値実施例においてｄ５の値が負となっているが、これが物体側から順に、Ｆナンバー決定部材、第２レンズ群Ｌ２の第２１レンズＧ２１と数えた為である。具体的な構成としては、Ｆナンバー決定部材（開口絞り）ＳＰが第２レンズ群Ｌ２の物体側の第２１レンズＧ２１のレンズ面の物体側頂点よりも絶対値ｄ５だけ像側に位置していることを示している。

数値実施例１
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1* 23.471 1.50 1.88300 40.8
2* 4.984 2.47
3 8.769 1.45 1.94595 18.0
4 13.310 (可変)
5(絞り) ∞ -0.53
6* 4.815 2.10 1.80610 40.9
7 90.281 0.69 1.69895 30.1
8 3.952 0.48
9 8.763 0.50 1.76182 26.5
10 4.383 1.91 1.63854 55.4
11 -19.620 (可変)
12 19.617 1.40 1.63854 55.4
13 -426.792 (可変)
14 ∞ 0.80 1.51633 64.1
15 ∞ 0.41

非球面データ
第1面
K =-5.04724e+001 A 4=-1.25581e-005 A 6= 6.08097e-006
A 8=-1.10862e-007 A10= 6.87817e-010
第2面
K =-2.29471e+000 A 4= 1.11256e-003 A 6= 3.18530e-006
A 8= 1.70481e-007 A10=-2.46347e-009
第6面
K =-4.71526e-001 A 4= 7.82315e-005 A 6= 6.67227e-006

各種データ
ズーム比 3.79
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 12.22 19.50
Fナンバー 2.85 4.38 5.95
画角 35.56 17.59 11.24
像高 3.68 3.88 3.88
レンズ全長 35.68 33.03 37.92
BF 0.41 0.41 0.41

d 4 14.12 3.72 0.86
d11 4.10 12.25 20.24
d13 4.27 3.87 3.63


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.63
2 5 10.13
3 12 29.41
4 14 ∞

数値実施例２
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1* 28.181 1.50 1.88300 40.8
2* 4.410 2.16
3 7.925 1.70 1.94595 18.0
4 12.422 (可変)
5(絞り) ∞ -0.53
6* 4.542 2.06 1.80610 40.9
7 99.999 0.60 1.69895 30.1
8 4.065 0.60
9 14.868 0.60 1.76182 26.5
10 4.879 2.00 1.63854 55.4
11 -9.583 (可変)
12 35.415 1.40 1.63854 55.4
13 -41.083 (可変)
14 ∞ 0.80 1.51633 64.1
15 ∞ 0.40

非球面データ
第1面
K =-1.71894e+000 A 4=-1.33587e-004 A 6= 5.27190e-006
A 8=-8.73981e-008 A10= 1.83065e-010
第2面
K =-1.78837e+000 A 4= 1.54244e-003 A 6=-2.95670e-005
A 8= 2.38979e-006 A10=-6.77117e-008
第6面
K =-5.09847e-001 A 4=-1.02684e-004 A 6= 2.12167e-006

各種データ
ズーム比 4.18
広角 中間 望遠
焦点距離 4.30 10.74 18.00
Fナンバー 2.63 4.20 5.95
画角 40.54 19.84 12.15
像高 3.68 3.88 3.88
レンズ全長 32.89 31.93 37.51
BF 0.40 0.40 0.40

d 4 12.34 3.32 0.83
d11 2.16 11.62 20.89
d13 5.10 3.70 2.50


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.36
2 5 9.20
3 12 30.00
4 14 ∞

数値実施例３
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1* 17.305 1.50 1.88300 40.8
2* 4.855 1.97
3 7.909 1.53 1.94595 18.0
4 11.307 (可変)
5(絞り) ∞ -0.53
6* 4.830 2.82 1.77250 49.6
7 -11.488 0.69 1.69895 30.1
8 3.804 0.51
9 8.542 1.00 1.71999 50.2
10 -102.595 (可変)
11 20.353 1.40 1.63854 55.4
12 2090.657 (可変)
13 ∞ 0.80 1.51633 64.1
14 ∞ 0.40

非球面データ
第1面
K =-1.21374e+001 A 4=-1.42675e-004 A 6= 6.04473e-006
A 8=-1.01965e-007 A10= 6.78506e-010
第2面
K =-2.29173e+000 A 4= 1.29709e-003 A 6=-1.26160e-005
A 8= 3.99338e-007 A10=-3.39269e-009
第6面
K =-6.00406e-001 A 4= 1.36472e-004 A 6= 5.49321e-006
A 8=-5.00000e-008

各種データ
ズーム比 4.68
広角 中間 望遠
焦点距離 5.21 14.67 24.36
Fナンバー 2.47 4.19 5.95
画角 35.26 14.80 9.04
像高 3.68 3.88 3.88
レンズ全長 35.69 32.79 39.51
BF 0.40 0.40 0.40

d 4 15.91 3.55 0.81
d10 2.78 12.64 22.29
d12 4.91 4.51 4.31


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.67
2 5 10.02
3 11 32.18
4 13 ∞

数値実施例４
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1* 71.612 1.35 1.84862 40.0
2* 5.028 2.00
3 8.068 1.33 1.94595 18.0
4 12.040 (可変)
5(絞り) ∞ -0.49
6* 4.025 1.87 1.80447 40.9
7 7.339 0.60 1.71736 29.5
8 3.374 0.51
9 8.437 0.50 1.84666 23.9
10 4.287 2.02 1.74100 52.6
11 -19.762 (可変)
12* 23.127 1.35 1.62299 58.2
13 89.039 (可変)
14 ∞ 0.72 1.51633 64.1
15 ∞ 0.39

非球面データ
第1面
K =-1.09498e+001 A 4=-1.04678e-004 A 6= 1.12939e-008
A 8= 7.69630e-008 A10=-7.10839e-010
第2面
K =-2.74281e+000 A 4= 1.96745e-003 A 6=-5.11685e-005
A 8= 1.40415e-006 A10=-1.05844e-009
第6面
K =-2.54664e-001 A 4=-2.37845e-004 A 6= 1.45202e-006
A 8=-6.74053e-007
第12面
K =-1.30561e+001 A 4= 1.02781e-004 A 6=-4.38290e-006
A 8= 7.72529e-008

各種データ
ズーム比 4.86
広角 中間 望遠
焦点距離 4.69 13.38 22.76
Fナンバー 2.79 4.81 7.00
画角 37.31 14.94 8.92
像高 3.57 3.57 3.57
レンズ全長 33.14 32.00 38.83
BF 0.39 0.39 0.39

d 4 13.29 3.05 0.76
d11 4.03 14.64 25.25
d13 3.67 2.17 0.67


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.50
2 5 8.94
3 12 49.76
4 14 ∞

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）（光学機器）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である。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）である。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である。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のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 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のズームレンズ望遠端での収差図 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 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のズームレンズ望遠端での収差図 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 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のズームレンズ望遠端での収差図 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 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のズームレンズ望遠端での収差図 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
Ｌ２ａ 第２ａレンズ群
Ｌ２ｂ 第２ｂレンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ Ｆナンバー決定部材（開口絞り）
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (14)

1. 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レンズ群より構成され、ズーミングに際して少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が移動するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚のレンズより構成されており、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴ、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、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の望遠端における横倍率をβ２Ｔ、前記第１レンズ群の２枚のレンズのうち像側に配置されたレンズの焦点距離をｆ＿Ｇ２とするとき、
   ０．００＜｜ｆ１／ｆ３｜＜０．４５
   １．０＜｜β２ｗ｜／（１／√（β２Ｔ／β２ｗ））＜１．５
   ０．００＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆＴ）≦１．０５
   ３．７２≦β２Ｔ／β２ｗ＜７．０
   １．５＜｜ｆ＿Ｇ２／ｆ１｜＜２．５
   の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群は１枚の正レンズを有し、該正レンズの材料の屈折率をｎｄとするとき、
   ｎｄ＞１．９３
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群は空気レンズを含み、該空気レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１ａｉｒ、像側の面の曲率半径をＲ２ａｉｒとするとき、
   −１０＜（Ｒ１ａｉｒ＋Ｒ２ａｉｒ）／（Ｒ１ａｉｒ−Ｒ２ａｉｒ）＜−１
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群の２枚のレンズのうち物体側に配置されたレンズの像側の面の曲率半径をＧ１Ｒ２、前記第１レンズ群の２枚のレンズのうち像側に配置されたレンズの物体側の面の曲率半径をＧ２Ｒ１とするとき、
   −１０．０＜（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／（Ｇ１Ｒ２−Ｇ２Ｒ１）＜−３．３
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項のズームレンズ。
5. ５．１＜ｆ３／ｆｗ＜１１．０
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの材料の屈折率をＮ２とするとき、
   Ｎ２＞１．７５
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 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の軌跡の一部を描いて移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、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乃至６のいずれか１項のズームレンズ。
8. 前記第１レンズ群は、物体側と像側の面が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乃至７のいずれか１項のズームレンズ。
9. 無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第３レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズより構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項のズームレンズ。
11. 前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズと像側の面が凹形状の負レンズを接合した接合レンズ、物体側の面が凸形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズを接合した接合レンズより構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項のズームレンズ。
12. 前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズと像側の面が凹形状の負レンズを接合した接合レンズ、正レンズより構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項のズームレンズ。
13. 前記第３レンズ群は単一の正レンズより構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項のズームレンズ。
14. 請求項１乃至１３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。