(57)【要約】【課題】  レンズ系全体がコンパクトで、望遠端での至近被写体に対する光学性能が良好なズームレンズを提供すること。【解決手段】  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、該第２レンズ群は正の屈折力を有する第２ａ群と、正の屈折力を有する第２ｂ群を有し、ズーミングに際して隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、とも一部のズーム域において、至近の被写体に対し、該第２ｂレンズ群と第３レンズ群が所定量繰出すことで合焦動作を行い、望遠端での該第２ｂレンズ群の結像倍率をβ２ｂＴ、望遠端での該第３レンズ群の結像倍率をβ３Ｔを各々適切に設定すること。【選択図】    図１
2014041198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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レンズ群を有し、
該第２レンズ群は正の屈折力を有する第２ａ群と、正の屈折力を有する第２ｂ群を有し、
ズーミングに際して隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
少なくとも一部のズーム域において、至近の被写体に対し、該第２ｂレンズ群と第３レンズ群が所定量繰出すことで合焦動作を行い、
望遠端での該第２ｂレンズ群の結像倍率をβ２ｂＴ、望遠端での該第３レンズ群の結像倍率をβ３Ｔとするとき、
−０．９  ＜  β２ｂＴ  ＜−０．３
０．２  ＜（１−β２ｂＴ２）・β３Ｔ２＜  ０．７
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
望遠端での前記第２ａ群と前記第２ｂ群の間隔をｄ２、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔をＤ２Ｔ、該第２ｂ群と該第３群を構成する硝材の平均アッベ数をν２ｂ、ν３とするとき、
０  ＜（ｄ２・ν３）／（Ｄ２Ｔ・ν２ｂ）＜  ０．２
なる条件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。
【請求項３】
前記ズームレンズにおいて、望遠端において第２ｂレンズ群と第３レンズ群を所定量繰出すことで合焦を行い、それ以外のズーム域においては、第３レンズ群のみで合焦動作を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとするとき、
−０．７  ＜  ｆ１／ｆＴ  ＜−０．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
０．８  ＜ｆ３／ｆＴ  ＜１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
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ることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
望遠端での至近被写体における、前記第２ｂレンズ群の繰出し量をｘ２ｂ、
前記第３レンズ群の繰出し量をｘ３とするとき、
０．５  ＜  ｘ２ｂ／ｘ３  ＜  １．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第２ｂレンズ群の最物体側の面及び最像側の面の曲率半径を各々Ｒ２ａ、Ｒ２ｂとするとき、
−５＜（Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）／（Ｒ２ａ−Ｒ２ｂ）＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のズームレンズ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか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固体撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像素子における画像記録領域が、広角端と望遠端とで異なることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、小型化及び高機能化されている。そして光学機器の小型化及び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、高ズーム比、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が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。
【０００３】
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、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。これらのズームレンズは、至近被写体への合焦を第１レンズ群或いは、第３レンズ群で行うのが一般的であるが、第２レンズ群の一部を合焦に使用する構成も開示されている（特許文献１〜２）。また、至近撮影時の性能向上を目的として、通常撮影時は第１レンズ群を合焦に使用するが、至近撮影時には第３レンズ群により合焦動作を行うズームレンズも知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１０１２５号公報
【特許文献２】特開２００４−３１８１０４号公報
【特許文献３】特開昭５７−１９７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ネガティブリード型の３群ズームレンズにおいてより、広角化や高倍化といった仕様の向上を、全系の小型化と共に図る場合、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。特に、近年増加している、歪曲収差補正などの電気的な補正手段を活用する事で小型化したズームレンズでは、レンズ群の屈折力が大きくなるとともに、物体側のレンズ群内で発生する収差が十分に補正しきれていない。その結果、被写体の距離変動に対する、物体側レンズ群群での発生収差が大きく変わるため、特に、望遠側における至近被写体に対する光学性能に問題を抱えやすい。
【０００６】
電気的な補正手段を活用しないズームレンズにおいても、ズーム比が大きくなるほど、望遠端における合焦レンズ群の繰出し量は大きくなるため、至近被写体に対する光学性能は、向上が望まれている。
【０００７】
このように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、広画角化、高ズーム比化を達成しつつ、被写体距離の変動に対する収差変動を抑制するためには、各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、特定の群の変倍時ストロークが大きくなりすぎたり、至近撮影時の繰出し量が大きくなり過ぎないことが重要である。
【０００８】
本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比で、被写体距離の変動に対し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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、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、該第２レンズ群は正の屈折力を有する第２ａ群と、正の屈折力を有する第２ｂ群を有し、ズーミングに際して隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、少なくとも一部のズーム域において、至近の被写体に対し、該第２ｂレンズ群と第３レンズ群が所定量繰出すことで合焦動作を行い、望遠端での該第２ｂレンズ群の結像倍率をβ２ｂＴ、望遠端での該第３レンズ群の結像倍率をβ３Ｔとするとき、
−０．９  ＜  β２ｂＴ  ＜−０．３
０．２  ＜（１−β２ｂＴ）２・β３Ｔ２＜  ０．７
なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比で、被写体距離の変動に対し高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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
【図２】（Ａ）（Ｂ）実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図３】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
【図４】（Ａ）（Ｂ）実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図５】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
【図６】（Ａ）（Ｂ）実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図７】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
【図８】（Ａ）（Ｂ）実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図９】本発明の撮像装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、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、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。そしてズーミングに際してすべてのレンズ群が移動する。具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群は単調に物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動する。
【００１３】
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）は実施例１のズームレンズの広角端と望遠端（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３．８、開口比２．０６〜５．５０、撮影画角３４．２１°〜１１．５３°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）は実施例２のズームレンズの広角端と望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．８８、開口比２．０６〜５．７０、撮影画角３４．７６°〜１１．５３°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）は実施例３のズームレンズの広角端と望遠端における収差図である。実施例３はズーム比３．６６、開口比２．０６〜５．４０、撮影画角３４．２２°〜１１．９６°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）は実施例４のズームレンズの広角端と望遠端における収差図である。実施例４はズーム比３．６１、開口比１．９４〜５．２０、撮影画角３３．８７°〜１１．９６°のズームレンズである。
【００１４】
図９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。
【００１５】
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」ともいう。）である。
【００１６】
第２レンズ群は更に、いずれも正の屈折力の第２ａレンズ群Ｌ２ａ、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂによって構成されている。
【００１７】
ＦＰは開口径固定の副絞りである。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。
【００１８】
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、Ｍ、Ｓ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、無限遠被写体から近距離被写体へフォーカスするときの移動方向の一例として表している。
【００１９】
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。
【００２０】
ズーム全域において、第３レンズ群を矢印Ｆの如く物体側に移動させて無限遠被写体から近距離被写体へのフォーカシングを行っている。望遠端に限っては、第２ｂレンズ群を矢印Ｆ２ｂの如く物体側に移動させ、第３レンズ群の移動Ｆとの組合せにより合焦動作を行っている。Ｆナンバー決定部材ＳＰは、第２レンズ群Ｌ２の物体側に位置し、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。副絞りＦＰは第２レンズ群Ｌ２の像側に配置され、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動している。
【００２１】
次に各実施例のズームレンズにおいて、被写体距離の変動に対して良好なる光学性能を得るため、好ましいレンズ構成について説明する。各実施例のズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｌ２の像側には開口径固定の副絞りＦＰが配置されている。第２レンズ群Ｌ２は物体側に正の屈折力の第２ａレンズ群と、像側に正の屈折力の第２ｂレンズ群を有している。ここで各レンズ成分は単一レンズ又は正レンズと負レンズとを接合した接合レンズより成っている。望遠端での該第２ｂレンズ群の結像倍率をβ２ｂＴ、望遠端での該第３レンズ群の結像倍率をβ３Ｔとする。このとき、
−０．９  ＜  β２ｂＴ  ＜−０．３                ‥‥‥（１）
０．２  ＜（１−β２ｂＴ２）・β３Ｔ２＜  ０．７    ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。
【００２２】
条件式（１）は、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの望遠端での結像倍率を規定したものである。高変倍化の観点からすれば、第２ｂレンズ群の望遠端での結像倍率は高いほうが好ましいが、望遠端において第２ｂレンズ群に合焦作用を持たせるためには、最適な範囲が存在する。
【００２３】
条件式（１）の上限値を超えて倍率β２ｂＴが大きくなると、望遠端における第２ｂレンズ群合焦動作時のピントに対する敏感度が低くなる。その結果、第２ｂレンズ群による合焦作用は小さくなるため、近距離への被写体への撮影が出来なくなる。或いは同様に合焦作用を有する第３レンズ群の繰出し量が大きくなるため、合焦時の収差変動が十分に抑制できず、高い光学性能を得ることができない。
【００２４】
条件式（１）の下限値を超えて倍率β２ｂＴが小さくなると、変倍時の増倍負担が第２ａレンズ群と第３レンズ群に偏るため、各レンズ群の構成枚数を増やさない限り、ズーム全域におけるコマ収差や像面湾曲の補正が困難になる。
【００２５】
同様に、条件式（２）は、望遠端における第２ｂレンズ群の移動に対するピント面の移動量を表すものである。式から判るように、第２ｂレンズ群の結像倍率と第３レンズ群の結像倍率が、第２ｂレンズ群の移動によるピント面移動に関連している。
【００２６】
条件式において、β２ｂＴ及びβ３Ｔは大きい方が、変倍比を大きく出来る点では好ましいが、β２ｂＴは大きくし過ぎると下限値を超え、第２ｂレンズ群のピント面に対する敏感度が低下する。反対にβ２ｂＴを上限を超えるほど小さくすると、第２ｂレンズ群での変倍負担が出来なくなるために、他群への負担が増加する事でズーム全域における収差補正が困難になる。また、β３Ｔを大きくすることでβ２ｂＴを小さくする事が出来るように見えるが、β３Ｔを大きくするためには、第３レンズ群の像側への移動量を増やす必要があるため、望遠端バックフォーカスの確保という観点で、上限値が決まる。
【００２７】
更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００２８】
−０．８５  ＜  β２ｂＴ  ＜−０．３５            ‥‥‥（１ａ）
０．２  ＜（１−β２ｂＴ２）・β３Ｔ２＜  ０．６    ‥‥‥（２ａ）
これによれば、高倍化による各レンズ群屈折力と合焦時の繰出し量を適切に設定する事ができるため、ズーム全域で被写体距離の変動に対しの良好な光学性能が得るのが容易になる。
【００２９】
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が、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。
【００３０】
望遠端での第２ａレンズ群と前記第２ｂレンズ群の間隔をｄ２、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔をＤ２Ｔ、第２ｂ群と第３群を構成する硝材の平均アッベ数をν２ｂ、ν３とする。前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとする。望遠端での至近被写体における、前記第２ｂレンズ群の繰出し量をｘ２ｂ、前記第３レンズ群の繰出し量をｘ３とし、第２ｂレンズ群の最物体側の面及び最像側の面の曲率半径を各々Ｒ２ａ、Ｒ２ｂとする。
【００３１】
このとき、
０  ＜（ｄ２・ν３）／（Ｄ２Ｔ・ν２ｂ）＜  ０．２    ‥‥‥（３）
−０．７  ＜  ｆ１／ｆＴ  ＜  −０．４            ‥‥‥（４）
０．８  ＜  ｆ３／ｆＴ  ＜  １．５                ‥‥‥（５）
０．５  ＜  ｘ２ｂ／ｘ３  ＜  １．０              ‥‥‥（６）
−５＜（Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）／（Ｒ２ａ−Ｒ２ｂ）＜０      ‥‥‥（７）
なる条件のうち１以上を満足するのが良い。
【００３２】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）は、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂと第３レンズ群Ｌ３の硝材選択を示す式である。条件式（３）の上限を超えると、望遠端において第２ｂレンズ群で発生する倍率色収差と、第３レンズ群で発生する倍率色収差の比率が崩れ、被写体距離変動に対する色収差抑制が困難になる。その結果、画面周辺部における色ずれによるコントラストの低下が発生する。
【００３３】
条件式（４）は、第１レンズ群の屈折力を既定する条件式である。条件式（４）の下限を超えると、第１レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎるため、特に広角端における像面湾曲やコマ収差が発生しやすくなるため、広角化と光学性能の両立が困難になる。条件式（４）の上限を超えると、第１レンズ群の屈折力は小さくなり収差補正上は有利であるが、変倍比を大きくするためには第１レンズ群の移動量を大きくする事が必要になり、鏡筒全長が長くなってしまう。
【００３４】
条件式（５）は第３レンズ群の焦点距離を既定したものである。下限を超えて第３レンズ群の屈折力が短くなると、変倍時に発生する収差を補正するために、第３レンズ群の構成枚数を増やす必要が生じる。第３レンズ群は、ズーム全域においてフォーカスレンズとして動作するため、構成枚数が増える事は可動群の軽量化という観点で好ましくない。
【００３５】
条件式（５）の上限を超えると、第３レンズ群の屈折力が小さくなりすぎるため、撮像素子に対するフィールドレンズの役割が弱くなる。その結果、全ズーム域に対する射出瞳距離の変動が抑制できなくなり、撮像素子に対する入射角変動が大きくなるため、色シェーディングなどの問題を生じやすい。
【００３６】
条件式（６）は、望遠端における第２ｂレンズ群と第３レンズ群の繰出し量の比を既定したものである。条件式（６）の下限を超えると、第３レンズ群の繰出し量が第２ｂレンズ群の繰出し量に対して大きくなりすぎるため、第２ｂレンズ群移動による至近被写体に対する倍率色収差の補正効果が得られなくなる。条件式（６）の上限を超えると、第２ｂレンズ群の繰出し量が大きくなるため、第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群の間隔を十分に取る必要が生じる。その結果、第２レンズ群の最物体側面から最像側面の距離が大きくなるため、沈胴時の全長が短縮する事が出来なくなる。
【００３７】
条件式（７）は第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ成分２４のレンズ形状を規定する式である。条件式（７）の下限を超えると、物体側に凸形状のメニスカス形状になり過ぎるため、レンズ成分２４の焦点距離が長くなり、像側での光線の収斂効果が不充分になる。その結果、第２レンズ群Ｌ２の物体側のレンズの有効径が大きくなり、特に大口径なズームレンズにおいては、収差補正が困難になる。条件式（７）の上限を超えるとレンズ成分２４の物体側のレンズ面の曲率半径が小さくなりすぎるため、射出瞳を長く保ったまま球面収差とコマ収差を同時に補正する事が困難になる。
【００３８】
上記条件式（２）〜（４）において、収差補正上、及び広画角化・高ズーム比とレンズ全体の小型化を達成するためには、更に好ましくは数値範囲を次の如くするのが良い。
【００３９】
０  ＜（ｄ２・ν３）／（Ｄ２Ｔ・ν２ｂ）＜  ０．１５    ‥‥‥（３ａ）
−０．６５  ＜  ｆ１／ｆＴ  ＜  −０．４５            ‥‥‥（４ａ）
０．９  ＜  ｆ３／ｆＴ  ＜  １．２                    ‥‥‥（５ａ）
０．３  ＜  ｘ２ｂ／ｘ３  ＜  １．０                  ‥‥‥（６ａ）
−３＜（Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）／（Ｒ２ａ−Ｒ２ｂ）＜−０．５    ‥‥‥（７ａ）
各実施例では以上の様に各要素を設定する事により、特に、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なく全系がコンパクトで、特に被写体距離変動に対し優れた光学性能を有するズームレンズが達成出来る。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４０】
各実施例のズームレンズは、第２レンズ群Ｌ２の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の凸状の軌跡の移動及び第３レンズ群Ｌ３による像側方向への移動によって変倍に伴う像面の移動を補正している。特に、第３レンズ群Ｌ３は、ズームレンズの小型化に伴う各レンズ群の屈折力の増大を分担し、第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２で構成されるショートズーム系の屈折力を減らしている。これにより第１レンズ群Ｌ１を構成する各レンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を第３レンズ群Ｌ３にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。
【００４１】
また、各実施例ではＦナンバーを決定する光量絞りＳＰを第２レンズ群Ｌ２の物体側に配置し光量を調整している。
【００４２】
また、第２レンズ群Ｌ２の像側には開口径固定の副絞りＦＰを配置して光学性能を劣化させる有害な光線をカットしている。具体的には、ズーム領域全域を大口径化することにより軸上光線束径が大きくなるが、同時に軸上光線が通過する高さまで軸外光線も入射する。光線が大量に入ってくる分、軸外光線の上方光線がコマフレアとなり光学性能に影響を与える。このため、副絞りＦＰはこの軸外光線の上方光線をカットしている。
【００４３】
この副絞りＦＰは望遠端において軸上光線をカットしない開口径に設定することにより、全ズーム領域にて軸外光線の上方光線によるコマフレアを最大限にカットしている。これにより全ズーム領域において高い光学性能を得ている。また、光量絞りＳＰを挟んで第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３を配置して、これらの各レンズ群で軸外の諸収差を打ち消すことにより、レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。
【００４４】
次に図１の実施例１のレンズ構成について説明する。図１において、第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に、像側に凹面を向けた負レンズ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１２の２枚のレンズで構成されている。第１レンズ群Ｌ１は、軸外主光線を絞りＳＰの中心に結像させる役割を持っている。第１レンズ群Ｌ１は広角側において、軸外主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。
【００４５】
そこで本実施例では、通常の広画角レンズと同様、最も物体側のレンズ径の増大が抑えられる負レンズ１１と正レンズ１２のレンズ構成としている。そして負レンズ１１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にいくに従って負の屈折率が強くなる非球面形状とし、像側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にいくに従い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、非点収差を良好に補正し、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、レンズ全体のコンパクト化を図っている。また第１レンズ群Ｌ１を２枚という少ないレンズ枚数で構成するために、各レンズに高屈折率材料を使用することにより、各レンズ面の曲率を緩くして、径方向のコンパクト化を図っている。
【００４６】
また、第１レンズ群Ｌ１を構成する負レンズ１１の物体側のレンズ面を除く各レンズ面は、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために、光量絞りＳＰと光軸が交差する点を中心とする同心球面に近いレンズ形状をとっている。広画角化による前玉有効径の増大を抑制する有効な手段の一つとして、電子的に歪曲収差の補正を行う事が知られている。負の歪曲が発生する広角端近傍で、電子的に歪曲が小さくなるような処理を施すと、前玉有効径を通る軸外光束の位置を光軸に近くする事ができるためである。負レンズ１１の物体側のレンズ面は歪曲収差を電子補正対応が可能な量まで許しつつ、像面彎曲の補正を行うため、形状的には近軸上にて略平面になるようにしている。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（正の屈折力のレンズ成分）２１、物体側に凸面を向けた正レンズ２２、像側に凹面を向けた負レンズ２３にて構成し、最も像側に正レンズ（正の屈折力のレンズ成分）２４を配置している。正レンズ２２と負レンズ２３は接合されて接合レンズを構成している。レンズ成分２４は単一の正レンズより成っており、第２ｂレンズ群としての役割を持つ。
【００４７】
広角端にて大口径化を実現すると、光量絞りＳＰ付近の軸上光束が径方向に最も広がり、球面収差やコマ収差などの収差が多く発生する。これらの収差はレンズ面で光線が屈折する際に発生し、レンズ面での屈折が大きいほど大きく発生する。そのため、光量絞りＳＰより、像側において軸上光線が径方向に最も高くなる光軸上の位置に正レンズ２１を配置し、正レンズ２１を物体側に凸面を向けたレンズ形状とし、かつ屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）を適切に設定している。これにより光線を緩やかに屈折させ、諸収差の発生を低減している。さらに、正レンズ２１の両面を非球面形状とすることで、球面収差の補正を効果的に行っている。
【００４８】
本実施例においては、最も物体側に配された正レンズ２１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にいくに従って正の屈折率が弱くなる非球面形状とすることにより、球面収差、コマ収差を良好に補正している。また、正レンズ２１の像面側に物体側に凸面を向けた正レンズ２２を配置することにより、光線の屈折を分割するレンズ構成にしている。正レンズ２１と正レンズ２２にて光線を屈折することにより発生した球面収差やコマ収差は、負レンズ２３の像側のレンズ面形状を像側に凹面を向けたレンズ形状にし、光線を逆側に屈折させている。これにより、正レンズ２１と正レンズ２２にて発生した球面収差やコマ収差をキャンセル（補正）している。正レンズ２１と正レンズ２２にて発生した２枚のレンズ分の収差をキャンセルするため、負レンズ２３の像側のレンズ面の曲率は、ある程度の屈折力を持つことが必要である。特に球面収差の補正のための正レンズ２１と正レンズ２２、負レンズ２３のレンズ面形状の最適化が必要となる。また、広角端での第２レンズ群Ｌ２の光軸上の位置はレンズ系全体の屈折力配置によって決まってくる。大口径比にて高い光学性能を確保するには正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３の位置はある最適な光軸上の位置に決まる。
【００４９】
具体的には、大口径化にすると広角端では焦点深度が浅くなるため、像面彎曲の補正が重要となる。全系の屈折力が最適化されていないとペッツバール和が最適値から崩れてしまうため、像面彎曲を良好に補正するのが難しくなり高性能化が困難になる。このように全系の最適な屈折力配分を行うと第２レンズ群Ｌ２の主に収差補正を行っている正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３はある程度像面から離れた位置に配置することが必要である。例えば、第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力を強くすると、正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３は像面に近づき、全系のコンパクト化や高倍率化には有利になるが、ペッツバール和が小さくなりすぎ、像面彎曲の補正が困難となってしまう。
【００５０】
また、大口径比を達成するためには、第２レンズ群Ｌ２を構成する最終レンズが正の屈折力を有する事が好ましい。大口径レンズの軸上光線は、大口径になるほど、像面ＩＰに入射するマージナル光線の角度が大きくなる。そのため、像面付近に正レンズ成分２４を配置し、軸上光線を屈折しておかないと、広角端にて最も軸上光線の高くなる正レンズ２１が径方向に増大してしまう。この結果、コンパクト化が困難な上、球面収差とコマ収差の補正を良好に行うことが困難となる。よって、像面付近の正レンズ群である第３レンズ群Ｌ３に加え、第２レンズ群Ｌ２の最像面側のレンズを正レンズ成分とし、正の屈折力を分割することにより、球面収差の発生とレンズ径の増大を抑えている。
【００５１】
以上より、特に大口径化による球面収差を抑えるためには、正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３の位置と、第２レンズ群Ｌ２の最像側に正レンズ成分２４を配置している。全系のコンパクト化を狙い、正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３に対して正レンズ成分２４を近接配置すると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力配置からくる像面彎曲の補正と、球面収差のズーミングの際の変動を軽減するのが難しくなる。
【００５２】
次に第３レンズ群Ｌ３は、物体側が凸面の正レンズ３１より構成し、像側テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割を有している。いま、バックフォーカスをｓｋ’、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第３レンズ群Ｌ３の結像倍率をβ３とすると、
ｓｋ’＝ｆ３（１−β３）
の関係が成り立っている。但し、
０＜β３＜１．０
である。ここで、広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を像側に移動するとバックフォーカスｓｋ’が減少することになり、第３レンズ群Ｌ３の結像倍率β３は望遠側で増大する。すると、結果的に第３レンズ群Ｌ３で変倍を分担できるため、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量を減少させることができる。そして、第２レンズ群Ｌ２の移動量が減少することにより、スペースが節約できるためにズームレンズ全系の小型化が容易になる。
【００５３】
本実施例のズームレンズを用いて無限遠被写体から近距離被写体を撮影する場合には第３レンズ群Ｌ３を矢印Ｆの如く物体側に移動するのが望ましい。第３レンズ群Ｌ３でフォーカスを行うと、最も物体側に配置した第１レンズ群Ｌ１でフォーカスを行う場合に生じる、前玉有効径の増大を軽減することができる。更にレンズ重量が最も重い第１レンズ群Ｌ１を移動させるとアクチュエーターの負荷が増大するので、第３レンズ群Ｌ３でフォーカスを行うと、アクチュエーターの負荷を軽減することができる。さらに、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２とをカム等で単純に連携してズーミング時に移動させる事が可能となり、メカ構造の簡素化及び精度向上を達成することができる。また、本実施例では広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を像側に移動している。これにより、フォーカシングの際に第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなる望遠端において第３レンズ群Ｌ３の移動のためスペースを多くとることができるようにしている。この為、ズーミング及びフォーカシングで必要となる第３レンズ群Ｌ３の移動に関するスペースを最小とする事ができて、レンズ系のコンパクト化を容易にしている。更に、望遠端において、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを物体側に既定量繰出すことで、第３レンズ群Ｌ３のみでフォーカスする場合に比べて、第３レンズ群の繰出し量を小さくする事ができる。これにより、望遠端での至近被写体に対する倍率色収差の変動を抑制すると共に、望遠端での第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を縮めることができるので、レンズのコンパクト化に有効である。尚、第２ｂレンズ群の繰出し量Ｆ２ｂは、第３レンズ群の繰出し量Ｆに対し、被写体距離に応じて必要な繰出し量を一定の比率で負担する事が出来る。より機構を簡略するためには、被写体距離に関わらず第２ｂレンズ群は一定量を繰出し、精密なピント合わせを第３レンズ群で行う事も可能である。
【００５４】
実施例２、実施例３のレンズ構成は、実施例１と同様である。実施例４は実施例１に比べて、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを正レンズ２４と負レンズ２５とを接合した正の屈折力の接合レンズ（レンズ成分）２４より構成した点が異なっており、この他の構成は同じである。即ち、実施例４においては、第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に正レンズ２１、正レンズ２２、負レンズ２３にて構成し、最も像側に正レンズ２４と負レンズ２５の接合レンズ（レンズ成分）２４を配置している。レンズ成分２４の接合レンズ面による高次のコマ収差の抑制や、ズーム全域にわたる軸上色収差と倍率色収差を同時に良好に補正している。特に、撮影時手振れによる像面上での像ブレ補正のために、第２レンズ群Ｌ２を光軸と直交する方向に移動させる、所謂防振動作の際に発生する収差を補正するのに有効である。各実施例においては、機構の簡略化のために光量絞りＳＰや副絞りＦＰを、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体に移動させているが、適切な別軌跡を設定しても良く、これによれば、更なる光学系のコンパクト化が容易になる。
【００５５】
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９を用いて説明する。図９において、９０はデジタルカメラ本体、９１は上述の各実施例のズームレンズによって構成された撮影光学系である。９２は撮影光学系９１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子（固体撮像素子）である。
【００５６】
本実施例では撮像素子９２における画像記録領域が広角端と望遠端で異なるようにしている。具体的には望遠端で大きくなるようにしている。これにより画面全体の光学性能のバランスを良好に維持している。９３は撮像素子９２が受光した被写体像を記録する記録手段である。９４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９２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。
【００５７】
次に、本発明の各実施例に対応する数値実施例を示す。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。ｒｉはレンズ面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。
【００５８】
また、最も像側の２つの面はフエースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ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］＋Ｂｈ４＋Ｃｈ６＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０
で表される。但しＲは曲率半径である。
【００５９】
尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のレンズ面からの空気換算長で示している。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。
【００６０】
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1*         ∞       1.20   1.84954    40.1           
2*         5.548    2.31                             
3         10.293    1.60   1.92286    18.9           
4         21.778  (可変)                             
5(絞り)             0.50                             
6*         6.486    2.30   1.74330    49.3           
7*       275.040    0.20                             
8          6.768    1.65   1.77250    49.6           
9         48.200    0.50   2.00069    25.5           
10          3.987    1.65                             
11         11.981    1.40   1.83481    42.7           
12         65.410    0.60                             
13         副絞り   (可変)                             
14         16.391    1.70   1.48749    70.2           
15        -21.482  (可変)                             
16          ∞       0.95   1.51633    64.1           
17          ∞       1.05                             
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K =-7.54512e+008  B=-1.88618e-004  C= 6.44928e-006  D=-6.21908e-008  E=-6.47132e-014  
第2面
K =-2.34707e+000  B= 1.05626e-003  C=-2.43088e-005  D= 1.14036e-006  E=-1.85511e-008  
第6面
K =-1.83908e-001  B=-2.23674e-004  C= 2.76144e-009  D=-1.83041e-007  E=-4.63046e-009  
第7面
K = 4.86718e+003  B=-5.35130e-005  C=-6.71896e-007  D= 4.03626e-007  E=-4.23510e-008  
各種データ
ズーム比      3.80 
広角     中間     望遠
焦点距離       5.00     9.70    19.00  
Fナンバー      2.06     4.00     5.50  
画角          34.21    21.78    11.53  
像高           3.40     3.88     3.88  
レンズ全長    38.72    35.92    43.05  
BF             3.95     3.85     3.67  
d 4           15.46     6.60     1.99  
d13            3.69     9.84    21.78  
d15            2.27     2.18     1.99  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -11.09  
2    5      10.90  
3   14      19.36  
4   16       ∞    
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1*      12734.763    1.10   1.84954    40.1           
2*         5.371    2.47                             
3         10.589    1.60   1.92286    18.9           
4         23.646  (可変)                             
5(絞り)             0.50                             
6*         6.488    2.30   1.74330    49.3           
7*       272.676    0.30                             
8          7.143    1.75   1.80610    40.9           
9        -29.354    0.50   2.00069    25.5           
10          4.173    1.45                             
11         12.296    1.20   1.83481    42.7           
12         95.801    1.30                             
13         副絞り   (可変)                             
14         14.891    1.70   1.58313    59.4           
15        -35.565  (可変)                             
16          ∞       0.95   1.51633    64.1           
17          ∞       1.05                             
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K =-7.54512e+008  B=-4.96945e-005  C= 9.80089e-007  D=-2.93189e-009  
第2面
K =-1.84750e+000  B= 8.96608e-004  C=-1.32261e-005  D= 3.88560e-007  E=-4.26518e-009  
第6面
K = 6.66357e-002  B=-1.78667e-004  C= 2.32749e-006  D= 2.74312e-007  E= 1.90745e-008  
第7面
K =-7.13425e+002  B= 1.81194e-004  C= 1.34182e-005  D= 7.10950e-007  
各種データ
ズーム比      3.88 
広角     中間     望遠
焦点距離       4.90     9.63    19.00  
Fナンバー      2.06     4.60     5.70  
画角          34.76    21.92    11.53  
像高           3.40     3.88     3.88  
レンズ全長    37.79    35.53    43.44  
BF             3.95     3.86     3.67  
d 4           14.63     6.02     1.62  
d13            3.04     9.48    21.98  
d15            2.27     2.18     2.00  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -10.82  
2    5      10.79  
3   14      18.23  
4   16       ∞    
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1*         ∞       1.15   1.84954    40.1           
2*         5.673    2.78                             
3         11.409    1.60   1.94595    18.0           
4         24.393  (可変)                             
5(絞り)             0.50                             
6*         7.463    2.25   1.74330    49.3           
7*       108.420    0.17                             
8          6.134    1.65   1.58313    59.4           
9         32.173    0.50   1.80518    25.4           
10          4.212    1.60                             
11         18.372    1.35   1.69680    55.5           
12        -90.741    0.80                             
13         副絞り   (可変)                             
14         25.681    1.70   1.69680    55.5           
15        -27.341  (可変)                             
16          ∞       0.87   1.51633    64.1           
17          ∞       1.02                             
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K =-7.54512e+008  B=-2.87622e-004  C= 1.08335e-005  D=-1.50001e-007  E= 4.89614e-010  
第2面
K =-2.42402e+000  B= 8.66826e-004  C=-1.78319e-005  D= 1.00852e-006  E=-2.01684e-008  
第6面
K =-9.46174e-002  B=-1.28264e-004  C=-1.33414e-007  D=-2.18122e-007  E= 7.36760e-009  
第7面
K = 6.28037e+002  B=-2.77000e-005  C=-7.04871e-007  D=-2.44718e-007  
各種データ
ズーム比      3.66 
広角     中間     望遠
焦点距離       5.00     9.50    18.30  
Fナンバー      2.06     4.00     5.40  
画角          34.22    22.19    11.96  
像高           3.40     3.88     3.88  
レンズ全長    42.80    38.98    45.52  
BF             3.79     3.75     3.69  
d 4           17.52     7.62     2.33  
d13            5.44    11.56    23.45  
d15            2.20     2.16     2.10  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -11.33  
2    5      11.91  
3   14      19.26  
4   16       ∞    
［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1*         ∞       1.10   1.84954    40.1           
2*         5.511    2.45                             
3         10.987    1.65   1.92286    18.9           
4         25.026  (可変)                             
5(絞り)             0.50                             
6*         6.568    2.30   1.74330    49.3           
7*        93.533    0.30                             
8          7.938    1.75   1.69680    55.5           
9        139.682    0.50   1.80518    25.4           
10          4.158    1.51                             
11         12.296    1.10   1.77250    49.6           
12       1000.000    0.50   1.67270    32.1           
13         72.349    0.80                             
14         副絞り   (可変)                             
15         20.460    1.80   1.69680    55.5           
16        -39.629  (可変)                             
17          ∞       0.80   1.51633    64.1           
18          ∞       1.05                             
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K =-7.54512e+008  B=-2.46508e-004  C= 6.79083e-006  D=-6.67188e-008  
第2面
K =-2.02468e+000  B= 6.91338e-004  C=-1.25842e-005  D= 6.74373e-007  E=-1.23693e-008  
第6面
K =-1.54106e-001  B=-9.72565e-005  C= 7.59742e-007  D= 3.71776e-007  E= 1.96615e-008  
第7面
K =-4.74766e+002  B= 2.74698e-004  C= 2.64827e-006  D= 1.08338e-006  
各種データ
ズーム比      3.61 
広角     中間     望遠
焦点距離       5.07     9.50    18.29  
Fナンバー      1.94     4.60     5.20  
画角          33.87    22.19    11.96  
像高           3.40     3.88     3.88  
レンズ全長    38.27    35.54    41.93  
BF             3.88     3.78     3.57  
d 4           14.48     6.09     1.48  
d14            3.65     9.42    20.62  
d16            2.30     2.20     2.00  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -11.06  
2    5      10.84  
3   15      19.61  
4   17       ∞    
【００６１】
【表１】
2014041198.tif 000003
【符号の説明】
【００６２】
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は絞り、ＦＰは副絞り
【図１】
2014041198.tif 000004
【図２】
2014041198.tif 000005
【図３】
2014041198.tif 000006
【図４】
2014041198.tif 000007
【図５】
2014041198.tif 000008
【図６】
2014041198.tif 000009
【図７】
2014041198.tif 000010
【図８】
2014041198.tif 000011
【図９】
2014041198.tif 000012