JP5465018B2

JP5465018B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器

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Publication number: JP5465018B2
Application number: JP2010007579A
Authority: JP
Inventors: 玲岩間
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Priority date: 2010-01-16
Filing date: 2010-01-16
Publication date: 2014-04-09
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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、監視用カメラ等の光学機器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の光学機器（撮像装置）（カメラ）は、高機能化されている。そして光学機器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レンズ群より成り、像側のテレセントリック性の良い３群ズームレンズが知られている（特許文献１）。又、このズームタイプの３群ズームレンズで像側のテレセントリック性が良く大口径化が図られたズームレンズが知られている（特許文献２）。

特開２００２−１９６２４０号公報特開２００７−３２７９９１号公報

ネガティブリード型の３群またはそれ以上のレンズ群を有するズームレンズにおいて全系がコンパクトで広画角化及び高ズーム比化を図るためには、各レンズ群の屈折力を強めることが有効である。しかしながら、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る。また、同時に広角端において大口径化を達成しようとすると、主に球面収差やコマ収差などの諸収差の補正が困難となる。このためには、構成レンズ枚数を増やす必要がある。しかしながら構成レンズ枚数を増やすとレンズ全長が増大し、全系の小型化を図るのが困難になる。

ネガティブリード型の３群ズームレンズまたはそれ以上のレンズ群よりなる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および大口径化を達成するためには、例えば次の条件のうち少なくとも１つを満たすことが重要になってくる。

１つめの条件は、全系に対する第１レンズ群の屈折力を適切に設定することである。これを行わないと、前玉有効径が大型化し全系の小型化が困難になる。

２つめの条件は、開口絞り近傍のレンズ群のレンズ群内における各レンズの屈折力分担を適切に設定することである。これを行わないと、広角端において球面収差およびコマ収差を良好に補正するのが困難になる。

３つめの条件はズーミングの際の第２、第３レンズ群の移動条件を適切に設定することである。これを行わないと、広角端において球面収差およびコマ収差を良好に補正するのが困難になる。

本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比かつ大口径化を達成し、全ズーム範囲において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光学機器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各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、前記第２レンズ群は物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズより構成され、前記第３レンズ群は１枚のレンズより構成され、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、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２レンズ群の中で最も像側に配置された正レンズの焦点距離をｆＧ２４、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の光軸方向の移動量を各々ｍ２、ｍ３（移動量の符号は像側へ移動するときを正）、前記第２レンズ群の中で最も物体側に配置された正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒａ、像側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒｂとするとき、
１．３＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．３
１．０＜ｆＧ２４／ｆ２＜１．６
−０．１０＜ｍ３／ｍ２＜−０．０１
−１．５＜（Ｇ２１Ｒａ＋Ｇ２１Ｒｂ）／（Ｇ２１Ｒａ−Ｇ２１Ｒｂ）≦−１．０

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、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比かつ大口径化でありながら全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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本発明の光学機器の要部概略図

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レンズ群を有している。ズーミングに際して各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ていても良い。

図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１の広角端（短焦点距離端）、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１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１はズーム比３．６４、開口比（Ｆナンバー）２．０８〜５．５２程度のズームレンズである。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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３．５１、開口比２．０６〜５．０８程度のズームレンズである。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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３．６３、開口比１．９０〜４．８８程度のズームレンズである。

図７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）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。ＳＰ１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。ＳＰ２はフレアカット絞りである。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・軸上色収差図においては、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と無限遠物体から近距離物体へのフォーカスの際の移動方向を示している。

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Ｌ３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（開口絞り）ＳＰ１は第２レンズ群Ｌ２の物体側に位置している。又は第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１の物体側頂点とレンズＧ２１の物体側のレンズ面と外周部（コバ部）の交点との間に位置している。フレアカット絞りＳＰ２は、第２レンズ群Ｌ２の像側に位置している。開口絞りＳＰ１とフレアカット絞りＳＰ２はともにズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動する。

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、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の３つのレンズ群より構成されている。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レンズ群が配置されていても良い。そしてズーミングに際しては各レンズ群が移動するようにしている。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、各実施例では次に示す３つの構成を考慮している。

３群構成のズームレンズにおいて広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、広角端における第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３の撮影倍率を各々β２ｗ、β３ｗとする。

このとき広角端における全系の焦点距離ｆｗは、
ｆｗ＝（ｆ１）ｘ（β２ｗ）ｘ（β３ｗ）
で求められる。

この式より、広角端の焦点距離ｆｗを短くし、全系の広画角化を図るためには、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１を適切に設定することが、広画角化を図る上で重要であることがわかる。

また、一般に、ズームレンズの撮影画角を広画角化すると、前玉有効径が大型化してくる。前玉有効径は第１レンズ群Ｌ１を通過する軸外光線の高さで決まるため、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適切に設定すれば、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。

そこで、本実施例では３つの構成としての１つ目の構成条件として、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適正に設定している。

これによれば軸外光線を十分屈折させることで広画角化を図りつつ、全系の小型化を図るのが容易となる。

次に、ズームレンズの口径比を大口径化しようとすると、一般に瞳径が大きくなるため、主に球面収差およびコマ収差が多く発生し、これらの補正が困難となる。そこで、各実施例では、２つめの構成条件として、絞り近傍のレンズ群である第２レンズ群Ｌ２における最終レンズＧ２４の屈折力を適正に設定している。これによれば球面収差とコマ収差の補正を良好に行うのが容易になる。

また、ズームレンズの口径比を大口径化しようとすると、諸収差が多く発生してくるので構成レンズ枚数を増やし各レンズ群で発生する球面収差、コマ収差等の諸収差を補正することが考えられる。しかしながらレンズ枚数を増加するとレンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）が増大し、全系の小型化が困難になる。

そこで、各実施例では、３つ目の構成条件として、広角端において正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の光軸上の位置を適切に設定している。これによれば構成レンズ枚数を増やさずに諸収差の補正を良好に行うことができる。
具体的には、本発明のように第３レンズ群がフォーカス群である場合、レンズの曲率や肉厚などの製造誤差によって生じるピントずれを補正するため、フォーカス群は設計位置に対し、物体側および像側に可動範囲を設けなければならない。
この結果、本発明のようにコンパクトなズームレンズを実現する場合、望遠端における第３レンズ群の位置は、設計値に対し前記ピントずれ分だけ物体側に可動スペースを確保した位置に従属的に決定される。

つまり、ズーミングの際の第３レンズ群Ｌ３の移動量を規定することは、広角端において第３レンズ群Ｌ３の光軸上の配置を規定することと同義である。

各実施例では、広角端において第３レンズ群Ｌ３の光軸上の位置を適切に設定することで、構成レンズ枚数を増やさずに諸収差の補正を良好に行っている。

各実施例では以上の３つの構成条件を同時に満たすことで、各実施例では全系が小型で広画角、高ズーム比で大口径なズームレンズを実現している。

具体的には各実施例において、第１レンズ群Ｌ１は２枚のレンズより構成されている。また第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズより構成されている。第３レンズ群Ｌ３は１枚のレンズより構成されている。そして広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、第２レンズ群Ｌ２の最も像側の正レンズの焦点距離をｆＧ２４とする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の移動量を各々ｍ２、ｍ３（移動量の符号は像側へ移動するときを正）とする。このとき、
１．３＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．３ ‥‥‥（１）
１．０＜ｆＧ２４／ｆ２＜１．６ ‥‥‥（２）
−０．１０＜ｍ３／ｍ２＜−０．０１ ‥‥‥（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と広角端における全系の屈折力（焦点距離）の比を規定した式である。条件式（１）の上限値を越えると、第１レンズ群Ｌ１の負の焦点距離が長くなり、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱すぎるため、前玉有効径の小型化が困難になる。また条件式（１）の下限値を越えると、第１レンズ群Ｌ１の負の焦点距離が小さくなり、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強すぎるため、ペッツバール和がマイナス側に増大し、広角端において像面湾曲が増大するので良くない。

条件式（２）は第２レンズ群における最も像側のレンズＧ２４の屈折力を規定した式である。条件式（２）の上限値を超えると、レンズＧ２４の焦点距離が過度に長くなり、すなわち屈折力が過度に弱くなり、レンズＧ２４で球面収差およびコマ収差を補正するときの分担が弱まってくる。この結果、所望の光学性能を達成することが困難となる。条件式（２）の下限値を超えると、レンズＧ２４の焦点距離が過度に短くなり、すなわち屈折力が過度に強くなる。この結果、ズーム領域全般にわたり良好な光学性能を得るためには構成レンズ枚数を増やし屈折力を分散させなければならなくレンズ全長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と第３レンズ群Ｌ３のズーミングに伴う移動量の比を規定する式である。

条件式（３）の上限値を超えると、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量ｍ３が過度に短くなる。そうすると、第３レンズ群Ｌ３を広角端において開口絞りＳＰ１近傍に配置するのが難しくなり、この結果、所望の光学性能を得るために、構成レンズ枚数を増大しなければならなくなる。

条件式（３）の下限値を超えると、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が過度に長くなる。そうすると広角端において第３レンズ群Ｌ３と第２レンズ群Ｌ２の間隔が過小となる。この結果、第３レンズ群Ｌ３でフォーカスするときのフォーカス繰出量が過小となり、撮影可能な物体距離を短くするのが困難になる。

さらに望ましくは、条件式（１），（２）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。

１．８＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．３ ‥‥‥（１ａ）
１．２＜ｆＧ２４／ｆ２＜１．６ ‥‥‥（２ａ）
以上のように各実施例では、第１レンズ群Ｌ１の屈折力配置、第２レンズ群Ｌ２のレンズＧ２４の屈折力の配分、そして第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３のズーミングの際の移動量等を最適化している。これにより、広画角化、高ズーム化および大口径化を図りつつ全系が小型で良好な光学性能を有したズームレンズを達成している。

各実施例によれば、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２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１の物体側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒａ、像側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒｂとする。第３レンズ群Ｌ３の広角端における横倍率をβ３ｗとする。第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。第２レンズ群Ｌ２の最も像側の正レンズＧ２４の材料の屈折率をＮＧ２４とする。このとき、次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。

−１．５＜（Ｇ２１Ｒａ＋Ｇ２１Ｒｂ）／（Ｇ２１Ｒａ−Ｇ２１Ｒｂ）≦−１．０‥‥‥（４）
０．３５＜（１−β３ｗ^２）＜０．５０‥‥‥（５）
０．８＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．３ ‥‥‥（６）
３．５＜ｆ３／ｆｗ＜６．０ ‥‥‥（７）
ＮＧ２４＞１．７５ ‥‥‥（８）
次に各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１のレンズ形状を規定する式である。条件式（４）の値が−１．０となるとき、レンズ形状は物体側に凸面を向けた凸平形状となる。条件式（４）が上限値を超えて、例えば−０．３となるとき、レンズ形状は両凸形状となる。この場合、コバ厚みの不足を避けるため、軸上レンズの厚みが増大する。この結果、第２レンズ群Ｌ２全体の軸上の総厚が増え、レンズ全長が増大してくる。また条件式（４）の下限値を超えて、例えば−２．０となるとき、レンズ形状は物体側の面が凸で像側に比べ物体側に強い曲率を持ったメニスカス形状となる。この場合、像側のレンズ面での発散作用が強まり、球面収差が補正不足となるので良くない。

条件式（５）は、広角端における第３レンズ群Ｌ３の位置敏感度を規定した式である。一般に、レンズ群Ａの位置敏感度ＥＳはレンズ群Ａの横倍率βａとレンズ群Ａの像側に配置されたレンズ群Ｂ群の横倍率βｂとしたとき、
ＥＳ＝（１−βａ^２）βｂ^２
で表される。

各実施例の数値実施例のように、第３レンズ群Ｌ３以降にレンズ群がないときは、横倍率βｂが１となる。この場合、広角端の第３レンズ群Ｌ３の位置敏感度ＥＳ３は
ＥＳ３＝１−β３ｗ^２
となる。

条件式（５）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の位置敏感度が過度に高くなり、第３レンズ群Ｌ３がわずかに移動しただけでも像面が多く動く。このため、フォーカスの際の第３レンズ群の停止を高精度に行わなければならなくなるので良くない。

条件式（５）の下限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の位置敏感度が過度に小さくなり、所望の近距離物体を撮影する際のフォーカス移動量が過大となる。この結果、フォーカス時に第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が機構的に干渉しないよう、予め十分な間隔で離さなければならなく、レンズ全長が増大するので良くない。

条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ１、ｆ２の比、即ち双方の屈折力の比を規定する式である。

条件式（６）の上限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長くなり、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が小さくなり、所望の高ズーム比を得るためには、第２レンズ群Ｌ２のズーミングの際の移動量を増大させなければならない。この結果、望遠端においてレンズ全長（第１レンズ面から像面までの長さ）が長くなるので良くない。

条件式（６）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなり、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が大きくなり、ズーム全域において球面収差とコマ収差の補正が困難になる。

条件式（７）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力（焦点距離ｆ３の逆数）を規定する式である。条件式（７）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が小さすぎるため、テレセントリック特性が悪くなるので良くない。条件式（７）の下限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強すぎて、フォーカスの際の像面変動が大きくなりすぎるので良くない。

条件式（８）は、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に配置されたレンズＧ２４の材料の屈折率を規定した式である。条件式（８）の下限値を超えると、レンズＧ２４の材料の屈折率が低いため、所望の屈折力を得るためにはレンズ面の曲率半径をきつめなければならない。その結果、ペッツバール和がプラス側に過剰となり、像面湾曲が増大するので良くない。

さらに、望ましくは条件式（４）〜（８）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。

−１．２＜（Ｇ２１Ｒａ＋Ｇ２１Ｒｂ）／（Ｇ２１Ｒａ−Ｇ２１Ｒｂ）≦−１．０
‥‥‥（４ａ）
０．３８＜（１−β３ｗ^２）＜０．４５ ‥‥‥（５ａ）
０．９＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．２ ‥‥‥（６ａ）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．５ ‥‥‥（７ａ）
ＮＧ２４＞１．８ ‥‥‥（８ａ）
次に各実施例の各レンズ群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、像側が凹形状の負レンズＧ１１と、物体側が凸で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、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多く発生し易い。

そこで各実施例では、負レンズＧ１１と正レンズＧ１２より構成して最も物体側の負レンズＧ１１の有効径の増大を抑えている。第１レンズ群Ｌ１は２枚のレンズで構成し、どちらも高屈折率の硝材を用いることで、各レンズ面の曲率を小さくし、像面湾曲を抑制している。

そして、負レンズＧ１１の材料に低分散硝材を使用し、正レンズＧ１２の材料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、広角端において倍率色収差を良好に補正している。

また、像側が凹形状の負レンズＧ１１は物体側と像側のレンズ面を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枚という少ないレンズ枚数で第１レンズ群Ｌ１を構成し、全体のコンパクト化を図っている。

正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側から像側へ順に、正、正、負、正レンズより構成している。具体的には物体側が凸形状の正レンズＧ２１、物体側が凸形状の正レンズＧ２２と像側が凹形状の負レンズＧ２３とを接合した接合レンズ、そして、物体側が凸形状の正レンズＧ２４の４枚のレンズで構成している。

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、主に球面収差とコマ収差の発生に強く関与する。

そこで各実施例においては、正レンズＧ２１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にかけて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２レンズ群Ｌ２は全ズーム域において軸上光線が通過するレンズであるため、軸上色収差を補正するため正レンズＧ２２と負レンズＧ２３を接合した接合レンズを有するようにしている。

接合レンズを物体側から像側へ順に正レンズと負レンズより構成して、第２レンズ群Ｌ２のレンズ有効径を小さくして、光線の高さがもっとも低くなる位置に負レンズをＧ２３を配置して収差補正を容易にしている。

また、第２レンズ群Ｌ２を射出する軸外光線の射出角を緩和するため、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に正レンズＧ２４を配置している。正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３は、像側のテレセントリック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。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。

以上の様に、各レンズ群を構成することにより、良好な光学性能を保ちつつ、全系がコンパクトなズームレンズを達成している。

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。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のガラス材の面１７からの距離で示している。数値実施例１、３において間隔ｄ５の値が負になっているが、これは物体側から像側へ順に、開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１と数えたためである。画角は半画角（度）を表わしている。ＢＦはバックフォーカスであり、最終面（ガラスブロック）から像面までの距離で表している。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。

数値実施例１
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* 10581.732 1.05 1.84954 40.1
2* 5.636 2.44
3 10.419 1.70 1.92286 18.9
4 21.722 (可変)
5(絞り) ∞ -0.10
6* 6.186 1.99 1.69350 53.2
7* 119.843 0.50
8 8.293 1.74 1.69680 55.5
9 213.475 0.53 1.80518 25.4
10 4.117 1.42
11 11.000 0.96 1.80610 40.9
12 60.520 0.76
13 ∞ (可変)
14 22.530 1.75 1.60311 60.6
15 -27.828 (可変)
16 ∞ 0.50 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞

非球面データ
第1面 K =-7.54512e+008 A 4=-1.38805e-004 A 6= 7.17177e-006 A 8=-1.21730e-007 A10= 6.89682e-010
第2面 K =-1.98273e+000 A 4= 7.51437e-004 A 6=-3.27004e-006 A 8= 3.37011e-007 A10=-7.59294e-009
第6面 K =-1.10011e-001 A 4=-1.84607e-004 A 6= 4.36626e-006 A 8= 1.83467e-007 A10= 6.15066e-008
第7面 K =-3.16200e+003 A 4= 4.01015e-004 A 6=-9.29540e-006 A 8= 2.35305e-006 A10=-1.99365e-009
各種データ
ズーム比 3.64
焦点距離 5.00 11.44 18.18
Fナンバー 2.08 4.68 5.52
画角 34.22 18.72 12.03
像高 3.40 3.88 3.88
レンズ全長 37.75 35.65 40.82
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 15.18 4.95 2.00
d13 3.17 11.65 20.14
d15 3.76 3.40 3.04

ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 -11.28
2 5 10.85
3 14 20.92

数値実施例２
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -20191.198 1.05 1.84954 40.1
2* 5.574 2.30
3 9.598 1.70 1.94595 18.0
4 17.098 (可変)
5(絞り) ∞ 0.00
6* 6.465 1.99 1.69350 53.2
7* 440.238 1.24
8 9.781 1.30 1.72000 50.2
9 -38.611 0.50 1.80518 25.4
10 4.650 1.88
11 12.946 1.00 1.88300 40.8
12 -328.929 0.98
13 ∞ (可変)
14 31.589 1.75 1.60311 60.6
15 -30.816 (可変)
16 ∞ 0.50 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞

非球面データ
第1面 K =-7.54512e+008 A 4=-1.39421e-004 A 6= 1.00616e-005 A 8=-2.14939e-007 A10= 1.67641e-009
第2面 K =-1.56434e+000 A 4= 5.45153e-004 A 6= 8.34852e-006 A 8= 5.03540e-008 A10=-3.80863e-009
第7面 K =-6.70203e-001 A 4= 5.89980e-005 A 6= 1.16420e-006 A 8= 1.01607e-006 A10= 2.06367e-008
第8面 K =-1.09940e+003 A 4= 1.45594e-004 A 6= 2.89787e-006 A 8= 1.81915e-006 A10=-1.52041e-008
各種データ
ズーム比 3.51
焦点距離 4.97 11.13 17.48
Fナンバー 2.06 4.40 5.08
画角 34.36 19.19 12.50
像高 3.40 3.88 3.88
レンズ全長 37.16 35.64 40.98
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 13.96 4.26 1.41
d13 1.95 10.44 18.92
d15 4.66 4.36 4.06
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 -10.53
2 5 10.85
3 14 26.14

数値実施例３
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* 21479.539 1.05 1.84954 40.1
2* 5.646 2.31
3 10.392 1.70 1.92286 18.9
4 22.062 (可変)
5(絞り) ∞ -0.49
6* 6.612 2.38 1.69350 53.2
7* 96.954 0.44
8 8.208 2.11 1.69680 55.5
9 -67.396 0.51 1.80518 25.4
10 4.258 1.73
11 11.142 1.00 1.88300 40.8
12 69.540 0.12
13 ∞ (可変)
14 18.799 1.75 1.60311 60.6
15 -39.663 (可変)
16 ∞ 0.50 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞

非球面データ
第1面 K =-7.54512e+008 A 4=-1.28466e-004 A 6= 6.58435e-006 A 8=-1.06612e-007 A10= 5.28051e-010
第2面 K =-1.87367e+000 A 4= 6.73617e-004 A 6=-2.37351e-006 A 8= 3.30733e-007 A10=-7.90220e-009
第7面 K =-9.99009e-002 A 4=-1.70329e-004 A 6= 4.85020e-006 A 8=-2.11883e-007 A10= 3.32651e-008
第8面 K =-2.57961e+003 A 4= 4.71206e-004 A 6=-2.02095e-005 A 8= 2.01371e-006 A10=-1.99354e-008
各種データ
ズーム比 3.63
焦点距離 5.00 11.43 18.17
Fナンバー 1.90 3.50 4.88
画角 34.22 18.72 12.04
像高 3.40 3.88 3.88
レンズ全長 37.65 35.54 40.71
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 15.17 4.94 1.99
d13 3.16 11.65 20.13
d15 3.80 3.44 3.08
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 -11.33
2 5 10.85
3 14 21.39

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７を用いて説明する。図７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。

Ｌ１は第１レンズ群Ｌ２は第２レンズ群Ｌ３は第３レンズ群ＳＰはＦナンバー決定部材（開口絞り）ＳＰ２はフレアカット絞りＩＰは像面Ｇはガラスブロック
ｄはｄ線ｇはｇ線 ΔＳはサジタル像面 ΔＭは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レンズ群より構成され、ズーミングに際して各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、前記第２レンズ群は物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズより構成され、前記第３レンズ群は１枚のレンズより構成され、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、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２レンズ群の中で最も像側に配置された正レンズの焦点距離をｆＧ２４、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の光軸方向の移動量を各々ｍ２、ｍ３（移動量の符号は像側へ移動するときを正）、前記第２レンズ群の中で最も物体側に配置された正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒａ、像側のレンズ面の曲率半径をＧ２１Ｒｂとするとき、
１．３＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．３
１．０＜ｆＧ２４／ｆ２＜１．６
−０．１０＜ｍ３／ｍ２＜−０．０１
−１．５＜（Ｇ２１Ｒａ＋Ｇ２１Ｒｂ）／（Ｇ２１Ｒａ−Ｇ２１Ｒｂ）≦−１．０
なる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３レンズ群の広角端における横倍率をβ３ｗとするとき、
０．３５＜（１−β３ｗ^２）＜０．５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
０．８＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
３．５＜ｆ３／ｆｗ＜６．０
なる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項に記載のズームレンズ。
前記第２レンズ群の中で最も像側に配置された正レンズの材料の屈折率をＮＧ２４とするとき、
ＮＧ２４＞１．７５
なる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項に記載のズームレンズ。
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乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第１レンズ群は、物体側と像側のレンズ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６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群は、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、物体側に移動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。