JP6071473B2 - ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ、ＴＶカメラ、監視用カメラ等に用いられる撮像光学系として好適なものである。

近年、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系は、広画角、高ズーム比で全系が小型のズームレンズであることが要望されている。また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や色補正フィルタなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる撮像光学系はバックフォーカスが長いことが要求される。全系が小型で広画角、高ズーム比の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、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。この３群ズームレンズにおいて、第１レンズ群を負レンズと正レンズより構成し、第２レンズ群を３つ又は４つのレンズより構成し、第３レンズ群を１つの正レンズより構成した小型で広画角の３群ズームレンズが知られている（特許文献１、２）。

特許文献１では、広角端の撮影画角５３．７°，ズーム比２．８程度の小型の３群ズームレンズを開示している。特許文献２では広角端の撮影画角３０度〜３５度、ズーム比２．８〜３．８程度の小型のズームレンズを開示している。近年、撮像装置においては、諸収差のうち歪曲収差の補正を光学的に行わず、撮像素子から得られる画像を電気的に画像処理で補正し、高画質化の画像を得ることが行われている。

特開平１０−１７０８２６号公報 特開２０１０−８５８７５号公報

近年、撮像装置に用いられるズームレンズは、全系が小型で広画角、高ズーム比であることが強く要望されている。前述した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レンズ構成や各レンズ群の結像倍率等を適切に設定することが重要になってくる。例えば、変倍に伴う像面変動を補正する第１レンズ群の構成や、変倍用の第２レンズ群の広角端における結像倍率、第３レンズ群の構成等を適切に設定することが重要である。

これらの構成が不適切であると全系の小型化及び広画角化、高ズーム比化を図りつつ、高い光学性能を得るのが大変困難になってくる。

本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲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を提供することを目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面と前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の光軸上の距離をｄ１２とするとき、
４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
−０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
０．５６≦ｄ１２／Ｄ１＜０．７
なる条件式を満足することを特徴としている。
この他、本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズと負レンズを接合した接合レンズ、正レンズから構成され、
前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１とするとき、
４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
−０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
なる条件式を満足することを特徴としている。
この他、本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズ、正レンズと負レンズを接合した接合レンズ、正レンズから構成され、
前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１とするとき、
４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
−０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
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、また高ズーム比で、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。

本発明の数値実施例１のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の数値実施例１の広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図 本発明の数値実施例２のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の数値実施例２の広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図 本発明の数値実施例３のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の数値実施例３の広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図 本発明の数値実施例４のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の数値実施例４の広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図 本発明の数値実施例５のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 本発明の数値実施例５の広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要概略図

以下に本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成されている。そして、ズーミングに際し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

具体的には、広角端から望遠端へ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を描いて移動して、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は像側に凸状の軌跡を描いて移動している。

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（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）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３．８１、開口比（Ｆナンバー）２．８２〜６．０５程度のズームレンズである。

図３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４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）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３．８１、開口比２．８３〜５．９８程度のズームレンズである。

図５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６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）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４．１２、開口比２．７０〜５．９８程度のズームレンズである。

図７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である。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）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４．００、開口比２．７９〜５．９８程度のズームレンズである。

図９は本発明の実施例５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（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ実施例５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５はズーム比３．８８、開口比３．０３〜６．６０程度のズームレンズである。図１１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。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。

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。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」と呼ぶ）である。ＧＢは光学フィルタ、フェースプレート、水晶ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ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。又、銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれている。収差図のうち球面収差図において、実線はｄ線、二点鎖線はＦ線である。非点収差図においてΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面、サジタル像面を表している。また、倍率色収差は、ｇ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）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を描いて移動して、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は像側に凸状の軌跡を描いて移動している。

また、第３レンズ群Ｌ３を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第３レンズ群Ｌ３に関する実線の曲線３ａと点線の曲線３ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。また望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印３ｃに示すように第３レンズ群Ｌ３を前方に繰り出すことで行っている。尚、第１レンズ群Ｌ１はフォーカスの為には光軸方向に不動であるが、収差補正上必要に応じて移動させてもよい。

また、像ぶれ補正に際して、第２レンズ群Ｌ２の全体または一部が光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動する。即ちズームレンズが振動したときに生ずる画像のぶれを補正している。

本発明のズームレンズは、広画角、高ズーム比でありながら全系がコンパクトであることが特徴である。従来、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力のレンズ群よりなるポジティブリードタイプの４群ズームレンズがある。この４群ズームレンズに比べて物体側から像側へ順に負、正、正の屈折力のレンズ群よりなるネガティブリードタイプの３群ズームレンズの方が構成レンズ枚数が少なくなる分、全系のコンパクト化には適している。また、広画角化に対しても、前述のネガティブリードタイプの３群ズームレンズの方が小さい前玉有効径で広く光線を取り込める為、有利である。

一方、ズームレンズを広画角化すると広角端において、像面湾曲、歪曲収差といった諸収差が増大する。このうち、歪曲収差の発生を許容し、歪曲収差を電気的に補正する方法をとれば、特に第１レンズ群の形状を適切に設定することで像面湾曲を効果的に補正することが容易になる。具体的には、全系のコンパクト化のために第１レンズ群Ｌ１内の各レンズの屈折力を強めると、第１レンズ群Ｌ１内の空気レンズにおいて特に物体側のレンズ面の曲率がきつくなる（曲率半径が小さくなる）。各実施例ではこのときレンズ面の曲率を緩くすることで最周辺の像面湾曲の悪化を軽減している。

また、第１レンズ群Ｌ１内のパワー配置を適切に設定することで広角端において像面湾曲と望遠端において球面収差、中間のズーム位置において、コマ収差を良好に補正している。具体的には、第１レンズ群Ｌ１内の正レンズのパワーを緩める事で負の歪曲収差の発生を許容し、広角端において像面湾曲と高ズーム比化した際の望遠側において諸収差の発生を軽減している。これら２つの条件を満たす事で広角端において歪曲収差を許容しつつ、諸収差を良好に補正することを容易にしている。

本発明のズームレンズは、広画角であり、高ズーム比（例えばズーム比４程度）に対応し、全系のコンパクト化を図るために以下の構成をとっている。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成される。第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群Ｌ１に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１とする。

このとき、
４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０ ・・・（１）
−０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１・・・（２）
なる条件式を満足する。

全系のコンパクト化を図りつつ、広画角化を図るには広角端において光線がレンズの周辺部を通過する第１レンズ群Ｌ１のレンズ構成を適切に設定することが重要である。特に第１レンズ群Ｌ１内のレンズ形状、パワー配置は広画角化した際の画角による像面湾曲の変化の補正に対して重要である。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１内の正レンズのパワーに関する。条件式（１）は特に望遠端において球面収差、軸上色収差を良好に補正するためのものである。条件式（１）の下限値を下回ると、正レンズのパワーが強まり、歪曲収差の補正は容易となるが、望遠端において球面収差を補正するのが困難となる。また、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バランス良く補正するのが困難となる。

一方、条件式（１）の上限値を上回ると、正レンズのパワーが弱まり、望遠端において球面収差の補正は容易となるが、第１レンズ群Ｌ１内の負レンズのパワーも弱める必要があり、望遠端において軸上色収差の補正が困難となる。また、広角端において倍率色収差を補正する上で第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズの間隔を広く空ける必要があり、全系が大型化してくる。

条件式（２）は、第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズで形成される空気レンズの形状に関する。条件式（２）は広角端において像面湾曲と歪曲収差を良好に補正するためのものである。条件式（２）の下限値を下回ると、空気レンズの物体側のレンズ面の曲率がきつくなり（曲率半径が小さくなり）、広角端において像面湾曲の補正が困難となる。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、空気レンズの物体側のレンズ面の曲率が緩くなり（曲率半径が大きくなり）、歪曲収差の補正が容易になるが、第１レンズ群Ｌ１のパワーが弱まり、レンズ全長、前玉有効径が増大してくる。

以上のように各実施例によれば全系の小型化と高ズーム比化を図りつつ、ズーム領域全域に渡り像面湾曲が良好に補正された高い光学性能を有するズームレンズが得られる。

各実施例において更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第３レンズ群Ｌ３は１枚の正レンズから構成され、第３レンズ群Ｌ３の正レンズの物体側のレンズ面と、像側のレンズ面の曲率半径を各々ｒ３１、ｒ３２とする。

第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。第１レンズ群Ｌ１の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１、第１レンズ群Ｌ１に含まれる負レンズの像側のレンズ面と第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の光軸上の距離をｄ１２とする。第２レンズ群Ｌ２の広角端における横倍率をβ２ｗとする。第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの材料のアッベ数をν１ｐとする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

０．４０＜（ｒ３１−ｒ３２）／（ｒ３１＋ｒ３２）＜０．９５ ・・・（３）
３．５＜ｆ３／ｆｗ＜７．０ ・・・（４）
０．５＜ｄ１２／Ｄ１＜０．７ ・・・（５）
−０．５８＜β２ｗ＜−０．３０ ・・・（６）
ν１ｐ＜２０ ・・・（７）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

各実施例では第３レンズ群Ｌ３にてフォーカスを行っている。条件式（３）は、第３レンズ群Ｌ３の正レンズのレンズ形状に関する。条件式（３）はフォーカシングに際しての光学性能の変化を少なくするためのものである。条件式（３）の下限値を下回ると、像側のレンズ面の凸のメニス形状が強まり、望遠端において無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングに際して像面湾曲の変動が大きくなる。

一方、条件式（３）の上限値を上回ると、正レンズが両凸形状に近づき、望遠端において、フォーカシングに際して像面湾曲の変動は軽減されるが、広角端においてフォーカシングに際して像面湾曲の変動が増大してくる。

条件式（４）は、第３レンズ群Ｌ３のパワー（屈折力）に関する。条件式（４）はフォーカシングに際しての像面湾曲の変化を軽減するためのものである。条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｌ３のパワーが強まり、フォーカシングに際しての移動量が小さくなる為、全系のコンパクト化は容易になるが、望遠側において像面湾曲の補正が困難となる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｌ３のパワーが弱まり、フォーカシングに際しての移動量が増加し、全系のコンパクト化が困難になるとともにフォーカシングに際しして像面湾曲の変化が増大してくる。

条件式（５）は、第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズの空気間隔に関する。条件式（５）は、全系のコンパクト化を図りつつ、望遠端において球面収差を良好に補正するためのものである。条件式（５）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズの空気間隔が狭まる為、全系のコンパクト化は容易になる。広角端において倍率色収差を補正するために各レンズのパワーを強めなければならず、望遠端において球面収差の補正が困難となる。一方、条件式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズの空気間隔が広がる為、全系のコンパクト化が困難になる。

条件式（６）は第２レンズ群Ｌ２の横倍率に関する。条件式（６）は主に像面湾曲を良好に補正するためのものである。条件式（６）の下限値を下回ると、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の望遠端側での繰り出し量が大きくなってしまい、レンズ全長が増大してくる。一方、上限値を上回ると、広角端側において第１レンズ群Ｌ１が物体側に多く繰り出す為、前玉有効径の増大してくる。また、ズーミングに際して像面湾曲の変動が大きくなってくる。

条件式（７）は、第１レンズ群Ｌ１の正レンズの材料に関する。条件式（７）は主に広角端において倍率色収差を望遠端において軸上色収差を良好に補正するためのものである。条件式（７）の上限値を上回ると、広角端において倍率色収差を望遠端において軸上色収差を良好に補正するのが困難になる。

尚、各数値実施例において、収差補正上更に好ましくは、条件式（１）乃至条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

４．６５＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜８．８０ ・・・（１ａ）
−０．０７＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１・・・（２ａ）
０．４５＜（ｒ３１−ｒ３２）／（ｒ３１＋ｒ３２）＜０．９０ ・・・（３ａ）
３．８＜ｆ３／ｆｗ＜６．８ ・・・（４ａ）
０．５１＜ｄ１２／Ｄ１＜０．６９ ・・・（５ａ）
−０．５７＜β２ｗ＜−０．３２ ・・・（６ａ）
ν１ｐ＜１９ ・・・（７ａ）
より更に好ましくは、条件式（１ａ）乃至条件式（８ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

４．７＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜８．６ ・・・（１ｂ）
−０．０７＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０２・・・（２ｂ）
０．５０＜（ｒ３１−ｒ３２）／（ｒ３１＋ｒ３２）＜０．８５ ・・・（３ｂ）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜６．５ ・・・（４ｂ）
０．５１＜ｄ１２／Ｄ１＜０．６８ ・・・（５ｂ）
−０．５６＜β２ｗ＜−０．３４ ・・・（６ｂ）
１０＜ν１ｐ＜１９ ・・・（７ｂ）
尚、条件式（５）に関しては後述する表１に示す実施例２の数値に基づいて
０．５６≦ｄ１２／Ｄ１＜０．７ ・・・（５ｘ）
とするのが良い。
各数値実施例では以上のように各レンズ群を構成することによって、広画角であり、また、ズーム比４倍程度に対応した全系がコンパクトなズームレンズが得られる。

次に各レンズ群のレンズ構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１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と物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズで構成している。どちらのレンズも球面形状よりなっている。

各実施例のズームレンズでは全系を小型とするために第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力を強めている。即ち負の屈折力の絶対値を大きくしている。このとき、第１レンズ群Ｌ１内で諸収差が多く発生する。特に広角端において像面湾曲が多く発生してくる。そこで第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズの空気間隔を大きくし、各レンズのパワー（屈折力）を緩めることで諸収差の発生を低減している。また、負レンズと正レンズに高屈折率の材料を使用することで各レンズ面の曲率を緩くする事で諸収差の発生を低減している。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に配置された、物体側の面が凸で非球面形状の正レンズと像側の面が凹形状の負レンズとを接合した接合レンズ、物体側の面が凸で両レンズ面が非球面形状の正レンズで構成している。又は物体側の面が凸で非球面形状の正レンズ、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とを接合した接合レンズ、物体側の面が凸で両レンズ面が非球面形状の正レンズで構成している。

各実施例のズームレンズでは広角端において広い画角を得ながら第１レンズ群Ｌ１の有効径を小型にするために第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力を強めている。即ち正の屈折力の絶対値を大きくしている。このとき第２レンズ群Ｌ２で諸収差が多く発生する。特に全ズーム範囲で球面収差、コマ収差、広角端において像面湾曲が多く発生してくる。

各実施例では第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に材料の屈折率が1.8を越える非球面形状の正レンズを使用することで、球面収差の発生を低減している。また、最も像側に非球面形状の正レンズを使用することでコマ収差、像面湾曲の発生を低減している。このようなレンズ構成により広角化を図りながら前玉有効径の小型化と高い光学性能を得ている。

第３レンズ群Ｌ３は物体側が凹形状の１つの正レンズで構成している。各実施例のズームレンズでは、少ないレンズ枚数で第３レンズ群Ｌ３を構成することで全系の薄型化、及び軽量化を図っている。特に物体側が凹でメニスカス形状とすることで、広角端において無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングの際に生ずる球面収差の変動を像面湾曲の変動と合わせて画面全体にわたり高い光学性能を得ている。

さらに、本発明が提案するズームレンズは、歪曲収差や倍率色収差を含んだ電気信号を画像処理によって補正するシステム（結像位置）と合わせて使用しても良い。これによれば、全ズーム領域でさらに高い光学性能を得るのが容易となる。また、広角端における有効像円径が望遠端における有効像円径よりも小さくしても良い。

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カメラ（撮像装置）の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１において、２０はデジタルカメラ本体、２１は上述の実施形態のズームレンズによって構成された撮影光学系、２２は撮影光学系２１によって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。また本発明のズームレンズはクイックリターンミラーのないミラーレスのデジタルカメラにも適用することができる。このように本発明のズームレンズをデジタ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。

次に本発明の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す。

数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｄｉとνｄｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズの材料のｄ線に対する屈折率、アッベ数である。また、もっとも像側の４面は水晶ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等のフィルタ部材である。バックフォーカスＢＦは最終レンズ面から像面までの空気換算の距離で示している。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A4，A6，A8，A10を各々非球面係数としたとき、

なる式で表している。また、［e+X］は［×10 ^＋ｘ ］を意味し、［e-X］は［×10 ^-ｘ ］を意味している。非球面は面番号の後に*を付加して示す。

各実施例において間隔ｄ５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と数えたためである。又前述の各条件式と数値実施例の関係を表１に示す。

数値実施例１
面データ
面番号 r d nd νd
1 78.180 0.80 1.88300 40.8
2 6.510 1.71
3 7.133 0.78 1.95906 17.5
4 9.531 (可変)
5 ∞ -0.34
6* 4.133 2.23 1.86400 40.6
7 11.473 0.50 1.80809 22.8
8 2.964 0.30
9* 3.894 0.83 1.74330 49.3
10* 12.022 (可変)
11 -147.051 1.10 1.77250 49.6
12 -15.764 (可変)
13 ∞ 0.30 1.51633 64.1
14 ∞ 0.70
15 ∞ 0.50 1.51633 64.1
16 ∞ 0.39
像面 ∞

非球面データ
第6面
K =-1.81769e-001 A 4=-1.12749e-004 A 6= 2.37413e-005

第9面
K =-5.05375e-001 A 4= 4.51443e-003 A 6= 1.74164e-004 A 8= 1.00075e-004

第10面
K = 2.40906e+001 A 4= 3.71651e-003 A 6= 1.36437e-004 A 8= 1.47248e-004 A10=-4.27603e-006

各種データ
ズーム比 3.81

焦点距離 5.15 12.40 19.60
Fナンバー 2.82 4.51 6.05
半画角（度） 32.29 17.36 11.18
レンズ全長 30.52 27.42 31.05
BF 4.68 3.56 4.18

d 4 13.97 4.26 1.28
d10 3.96 11.69 17.68
d12 3.06 1.94 2.56


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.30
2 5 9.12
3 11 22.77
4 13 ∞

数値実施例2
面データ
面番号 r d nd νd
1 60.188 0.80 1.88300 40.8
2 6.495 1.98
3 7.036 0.73 1.95906 17.5
4 8.973 (可変)
5(絞り) ∞ -0.34
6* 5.297 0.95 1.83613 42.8
7 13.941 0.20
8 4.629 1.22 1.57490 62.0
9 7.490 0.50 1.80809 22.8
10 2.861 0.63
11* 5.026 0.75 1.76802 49.2
12* 11.680 (可変)
13 -79.942 1.11 1.69680 55.5
14 -14.371 (可変)
15 ∞ 0.30 1.51633 64.1
16 ∞ 0.70
17 ∞ 0.50 1.51633 64.1
18 ∞ 0.39
像面 ∞

非球面データ
第6面
K =-7.70586e-001 A 4= 2.60274e-004 A 6= 8.18122e-006

第11面
K =-5.08305e-001 A 4= 4.87000e-003 A 6= 1.01546e-004 A 8= 1.28427e-004

第12面
K = 1.17165e+001 A 4= 3.73331e-003 A 6= 2.17553e-005 A 8= 1.50649e-004 A10= 1.22259e-006

各種データ
ズーム比 3.81
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 12.45 19.60
Fナンバー 2.83 4.51 5.98
半画角（度） 32.29 17.28 11.18
レンズ全長 31.25 27.90 31.42
BF 4.68 3.26 4.12

d 4 14.30 4.36 1.29
d12 3.74 11.75 17.48
d14 3.06 1.63 2.50


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.15
2 5 9.23
3 13 24.97
4 15 ∞

数値実施例3
面データ
面番号 r d nd νd
1 99.796 0.80 1.88300 40.8
2 6.657 2.10
3 7.274 0.75 2.10205 16.8
4 8.848 (可変)
5 ∞ -0.34
6* 4.198 2.20 1.86400 40.6
7 10.479 0.50 1.80809 22.8
8 2.994 0.28
9* 4.017 1.08 1.74330 49.3
10* 14.822 (可変)
11 -90.614 1.31 1.65602 58.0
12 -14.383 (可変)
13 ∞ 0.30 1.51633 64.1
14 ∞ 0.70
15 ∞ 0.50 1.51633 64.1
16 ∞ 0.39
像面 ∞

非球面データ
第6面
K =-2.38508e-001 A 4=-1.39297e-004 A 6= 2.23709e-005

第9面
K =-6.24090e-001 A 4= 4.38804e-003 A 6= 1.89934e-004 A 8= 6.68400e-005

第10面
K = 3.64896e+001 A 4= 3.08308e-003 A 6= 2.10578e-004 A 8= 7.45452e-005 A10=-7.81122e-007

各種データ
ズーム比 4.12
広角 中間 望遠
焦点距離 4.75 12.29 19.60
Fナンバー 2.70 4.46 5.98
半画角（度） 33.12 17.49 11.18
レンズ全長 31.76 28.09 31.96
BF 4.67 3.03 4.09

d 4 14.85 4.30 1.28
d10 3.57 12.10 17.93
d12 3.05 1.41 2.47


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.56
2 5 9.01
3 11 25.89
4 13 ∞

数値実施例4
面データ
面番号 r d nd νd
1 67.383 0.80 1.88300 40.8
2 6.407 2.33
3 6.797 0.76 2.10205 16.8
4 7.894 (可変)
5 ∞ -0.34
6* 3.988 2.24 1.86400 40.6
7 12.813 0.50 1.80518 25.4
8 2.822 0.32
9* 3.817 1.05 1.59201 67.0
10* 40.180 (可変)
11 -47.476 1.34 1.56384 60.7
12 -12.398 (可変)
13 ∞ 0.30 1.51633 64.1
14 ∞ 0.70
15 ∞ 0.50 1.51633 64.1
16 ∞ 0.39
像面 ∞

非球面データ
第6面
K =-2.53873e-001 A 4=-1.53211e-004 A 6= 1.84720e-005

第9面
K = 3.46060e-001 A 4= 2.05396e-003 A 6= 1.89513e-004 A 8= 1.14561e-004

第10面
K = 2.79282e+002 A 4= 3.43106e-003 A 6= 3.38359e-004 A 8= 1.55660e-004 A10= 2.57003e-006

各種データ
ズーム比 4.00
広角 中間 望遠
焦点距離 4.55 11.53 18.22
Fナンバー 2.79 4.53 5.98
半画角（度） 34.26 18.57 12.01
レンズ全長 31.38 27.34 30.55
BF 4.68 2.72 4.09

d 4 14.61 4.32 1.28
d10 3.09 11.30 16.18
d12 3.06 1.10 2.47


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.02
2 5 8.70
3 11 29.35
4 13 ∞

数値実施例５
面データ
面番号 r d nd νd
1 67.588 0.80 1.88300 40.8
2 7.202 1.98
3 7.920 0.86 1.95906 17.5
4 10.420 (可変)
5 ∞ -0.34
6* 4.127 1.89 1.86400 40.6
7 8.361 0.50 1.80809 22.8
8 2.998 0.29
9* 4.201 0.86 1.74330 49.3
10* 12.525 (可変)
11 -399.510 1.02 1.75500 52.3
12 -18.652 (可変)
13 ∞ 0.30 1.51633 64.1
14 ∞ 0.70
15 ∞ 0.50 1.51633 64.1
16 ∞ 0.40
像面 ∞

非球面データ
第6面
K =-9.08659e-002 A 4=-3.08749e-004 A 6= 1.77505e-005

第9面
K =-4.23334e-001 A 4= 4.44311e-003 A 6= 2.05338e-004 A 8= 4.54727e-005

第10面
K = 9.80376e+000 A 4= 4.08661e-003 A 6= 3.23992e-004 A 8= 5.28840e-005 A10= 1.58454e-006

各種データ
ズーム比 3.88
広角 中間 望遠
焦点距離 6.08 14.81 23.60
Fナンバー 3.03 4.86 6.60
半画角（度） 29.85 14.66 9.32
レンズ全長 34.09 30.82 35.40
BF 4.67 3.59 3.81

d 4 15.45 4.44 1.28
d10 6.11 14.93 22.45
d12 3.05 1.96 2.19


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.85
2 5 10.35
3 11 25.89
4 13 ∞

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (11)

1. 物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
   前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面と前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の光軸上の距離をｄ１２とするとき、
   ４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
   −０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
   ０．５６≦ｄ１２／Ｄ１＜０．７
   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. 物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
   前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズと負レンズを接合した接合レンズ、正レンズから構成され、
   前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１とするとき、
   ４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
   −０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズと正レンズから構成され、
   前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズ、正レンズと負レンズを接合した接合レンズ、正レンズから構成され、
   前記第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ１２、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２１とするとき、
   ４．６＜ｆ１ｐ／ｆｗ＜９．０
   −０．０８＜（ｒ１２−ｒ２１）／（ｒ１２＋ｒ２１）＜−０．０１
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの像側のレンズ面と前記第１レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面の光軸上の距離をｄ１２とするとき、
   ０．５＜ｄ１２／Ｄ１＜０．７
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項２または３に記載のズームレンズ。
5. 前記第３レンズ群は１枚の正レンズから構成され、前記第３レンズ群に含まれる正レンズの物体側のレンズ面と、像側のレンズ面の曲率半径を各々ｒ３１、ｒ３２とするとき、
   ０．４０＜（ｒ３１−ｒ３２）／（ｒ３１＋ｒ３２）＜０．９５
   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。
6. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   ３．５＜ｆ３／ｆｗ＜７．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗとするとき、
   −０．５８＜β２ｗ＜−０．３０
   なる条件式を満足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。
8. 前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数をν１ｐとするとき、
   ν１ｐ＜２０
   なる条件式を満足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。
9. 像振れ補正に際して、前記第２レンズ群の全体あるいは一部が光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に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項に記載のズームレンズ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
11. 広角端における有効像円径が望遠端における有効像円径よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。