(57)【要約】【課題】  ２０倍以上の高変倍比を持つコンパクトなズームレンズ。【解決手段】  物体側より順に、正の屈折力を有し固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し固定の第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する第４レンズ群とから構成され、第１レンズ群は物体側より順に、負の第１１レンズと、正の第１２レンズと、正の第１３レンズとから成り、第２レンズ群は物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けた負の第２１レンズと、プラスチックで形成され負の第２２レンズと、プラスチックで形成され正の第２３レンズとから成り、第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの少なくとも１枚のアッベ数をνdとしたとき、所定の条件式を満足する。【選択図】        図１
2006171615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、正の屈折力を有し固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し固定の第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する第４レンズ群とから構成され、
前記第１レンズ群は物体側より順に、負の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとから成り、
前記第２レンズ群は物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けた負の屈折力を有する第２１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第２２レンズと、プラスチックで形成され正の屈折力を有する第２３レンズとから成り、
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの少なくとも１枚のアッベ数をνdとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
ｆt／ｆw＞１８
νd＞８０
１．５＜｜ｆ2｜／ｆw＜２．０
０．６＜Ｍ2／ΦＬ1＜１．３
但し、
ｆt：望遠端における全系の焦点距離
ｆw：広角端における全系の焦点距離
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離
Ｍ2：変倍時における第２レンズ群の移動量
ΦＬ1：第１レンズの物体側面の有効径
【請求項２】
前記第１レンズ群の第１２レンズのアッベ数νdとしたとき、以下の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。
νd＞８０
【請求項３】
前記第１レンズ群の第１３レンズのアッベ数νdとしたとき、以下の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。
νd＞８０
【請求項４】
前記第２レンズ群は、少なくとも１面の非球面を有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５】
前記第３レンズ群は、ガラス研磨により形成された１枚の正の屈折力を有するレンズから成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６】
前記第３レンズ群は、少なくとも１面に非球面を有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７】
前記第４レンズ群は、物体側より順にプラスチックで形成され正の屈折力を有する第４１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第４２レンズと、ガラス研磨で形成され正の屈折力を有する第４３レンズとから成り、少なくとも１面に非球面を有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８】
以下の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。
１．６＜｜ｆ2｜／ｆw＜１．９
【請求項９】
以下の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。
０．７＜Ｍ2／ΦＬ1＜１．２
【請求項１０】
以下の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。
ｆt／ｆw＞２０
【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、デジタルスチルカメラ若しくはビデオカメラ等に用いられ、特にＣＣＤを用いたカメラに好適で高解像力を有する高変倍のズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンの普及が進み、また、パソコンを用いて画像データを扱うことも多くなり、画像データを取り込むためのデジタルスチルカメラ等の需要が増えている。これらのカメラはコンパクトでありながら高性能、高変倍のズームレンズが要求されてきている。ズームレンズの高変倍化を図るには、例えば、変倍用レンズ群の移動量を増やしたり、変倍用レンズ群の屈折力を強めたり、または変倍用レンズ群数を増やす方法がある。しかしながら、これらの方法はレンズ全長が長くなることや、良好なる収差補正が困難である等の欠点があった。
【０００３】
従来からＣＣＤ等の固体撮像素子を用いるカメラに好適なズームレンズは数多く技術開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。何れの特許も１４倍から１８倍程度と当時としては高変倍であるが、更なる高変倍ズームが求められている。これを達成するために、設計においてはコンパクト化や望遠側での色収差の対策が必要になってくる。
【特許文献１】特開平９−３１１２７２号公報
【特許文献２】特開２０００−３５５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に好適な２０倍以上の高変倍比を持つコンパクトなズームレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は下記の手段によって達成される。
［請求項１］物体側より順に、正の屈折力を有し固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し固定の第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する第４レンズ群とから構成され、前記第１レンズ群は物体側より順に、負の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとから成り、前記第２レンズ群は物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けた負の屈折力を有する第２１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第２２レンズと、プラスチックで形成され正の屈折力を有する第２３レンズとから成り、前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの少なくとも１枚のアッベ数をνdとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【０００６】
ｆt／ｆw＞１８                ・・・（１）
νd＞８０                     ・・・（２）
１．５＜｜ｆ2｜／ｆw＜２．０  ・・・（３）
０．６＜Ｍ2／ΦＬ1＜１．３    ・・・（４）
但し、
ｆt：望遠端における全系の焦点距離
ｆw：広角端における全系の焦点距離
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離
Ｍ2：変倍時における第２レンズ群の移動量
ΦＬ1：第１レンズの物体側面の有効径
［請求項２］前記第１レンズ群の第１２レンズのアッベ数νdとしたとき、以下の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。
【０００７】
νd＞８０                     ・・・（２）
［請求項３］前記第１レンズ群の第１３レンズのアッベ数νdとしたとき、以下の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。
【０００８】
νd＞８０                     ・・・（２）
［請求項４］前記第２レンズ群は、少なくとも１面の非球面を有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５］前記第３レンズ群は、ガラス研磨により形成された１枚の正の屈折力を有するレンズから成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６］前記第３レンズ群は、少なくとも１面に非球面を有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７］前記第４レンズ群は、物体側より順にプラスチックで形成され正の屈折力を有する第４１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第４２レンズと、ガラス研磨で形成され正の屈折力を有する第４３レンズとから成り、少なくとも１面に非球面を有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８］以下の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。
【０００９】
１．６＜｜ｆ2｜／ｆw＜１．９  ・・・（５）
［請求項９］以下の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。
【００１０】
０．７＜Ｍ2／ΦＬ1＜１．２    ・・・（６）
［請求項１０］以下の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。
【００１１】
ｆt／ｆw＞２０                ・・・（７）
【発明の効果】
【００１２】
本発明のズームレンズによれば、２０倍以上の高変倍比を有しても、コンパクトであって、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のズームレンズは、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから構成され、第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、第４レンズ群を移動させることにより変倍時における像面の位置変化及び物体距離変化による像面位置変化を補正する働きを行う。
【００１４】
第１レンズ群は変倍時に固定であることが好ましい。このようにすることで比較的レンズ径の大きな第１レンズ群を動かす必要がなくなり、省電力化が図れると共に機構的にも簡単にできる。また、第１レンズ群は物体側から負の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとを配置することが好ましい。このように配置することで主点位置を前方に配置することができ、全長を小さくすることができる。更に、広角側での周辺の収差発生量を抑えることができる。一方、変倍比が１８倍を超えると望遠側の色収差が比較的大きくなってしまう。そこで、第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズに特殊低分散硝材若しくは異常分散硝材を用いることが大変効果的である。この硝材は第１２レンズ若しくは第１３レンズの何れに用いても効果はあるが、第１２レンズに用いる方が前玉径を小型化できる。一方、第１２レンズは第１１レンズと接合されることが多く、接合時の不良を考慮するとコストの比較的高い特殊低分散レンズは第１３レンズ単独で用いるほうがコストアップを緩和できる。
【００１５】
第２レンズ群は、物体側から無機ガラスで形成され負の屈折力を有する第２１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第２２レンズと、プラスチックで形成され正の屈折力を有する第２３レンズとから成ることが好ましい。第２レンズ群は広角側でのコマ収差や望遠側の球面収差に寄与するレンズ群であり、収差補正のために非球面を用いることが好ましい。プラスチックレンズは安価で非球面を容易に付加させることができることに加え、比較的軽量であるため移動群である第２レンズ群に用いることは大変効果的である。しかし、プラスチックレンズは温度、湿度等の環境変化による屈折率及び形状変化があるため、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズを用いプラスチックレンズの合成した屈折力を小さくすることが好ましい。一方、第２レンズ群は全レンズ群中で最も屈折力が必要なレンズ群であるため、このプラスチックレンズに加え、屈折力の大きなガラスレンズを用いることが好ましい。
【００１６】
通常、絞りやシャッターは第３レンズ群の近傍に配置されることが多く、第３レンズ群を固定にすることで絞り及びシャッターユニットを動かす必要がなくなり、省電力化が図れると共に機構的にも簡単にすることができる。また、第３レンズ群は比較的屈折力が小さく、また偏芯感度が高いこと等があるため１枚の正の屈折力を有するレンズで構成するのが好ましい。また、第３レンズ群のレンズ面の面精度が球面収差に与える影響は大きく、面精度の出し易いガラス研磨レンズを用いることが好ましい。しかし、その一方で第３レンズ群に非球面を用いることは球面収差の補正に大きく役立つため、面精度が出せるのであれば非球面を用いることがより好ましい。
【００１７】
第４レンズ群は、物体側からプラスチックで形成された正の屈折力を有する第４１レンズと、プラスチックで形成され負の屈折力を有する第４２レンズと、無機ガラスで形成され正の屈折力を有する第４３レンズとを配置することが好ましい。第４レンズ群は変倍全域において球面収差やコマ収差に寄与し、非球面を用いることが大変効果的で第２レンズ群と同様に可動のレンズ群であるためプラスチックレンズを用いることが好ましく、環境変化による影響を小さくするためにプラスチックレンズは正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズを用い、合成屈折力を小さくすることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の条件式（１）〜（７）ついて説明する。
【００１９】
条件式（１）は光学系の変倍比を規定するものであるが、条件式内では望遠端での色収差が比較的大きくなってしまうため、条件式（２）に示すような硝材を用いることで効率良く収差補正を行うことができる。また、条件式（７）にすることでより効果的となる。
【００２０】
条件式（３），（４）は第２レンズ群の屈折力及び移動量を規定するものである。これらの式の上限を超えると、変倍に寄与する第２レンズ群の移動量が大きくなり、全長及び前玉径の大型化を招くため、レンズユニットのコンパクト化が困難になってしまう。逆に下限を超えると、第２レンズ群の各レンズへの負担が大きくなり、非球面を用いても収差補正が困難になってしまう。また、第２レンズ群中の負の屈折力を有するレンズの偏肉比も大きくなり、加工性が悪くなって量産性が悪い。更に、条件式（５）、（６）にすることがより好ましい。
【実施例】
【００２１】
本発明に関わる上記の条件を満たす３種の実施例について説明する。なお、使用する記号は下記の通りである。
【００２２】
ｆ：焦点距離
Ｆ：Ｆナンバー
ω：半画角
ｒ：レンズ各面の曲率半径
ｄ：レンズ厚、または、レンズ間隔
ｎd：屈折率
νd：アッベ数
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向の高さをｈとし、κ，Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10，Ａ12を非球面係数としたとき、数１の式で表す。
【００２３】
【数１】
2006171615.tif 000003
【００２４】
また、＊１〜＊２はプラスチックレンズを表しており、それぞれの温度変化による屈折率の変化を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2006171615.tif 000004
【００２６】
［実施例１］
図１は実施例１のズームレンズの構成図であり、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は固定され、第２レンズ群Ｇ２は変倍時に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定され、第４レンズ群Ｇ３は変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する。
【００２７】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、メニスカス形状の負の屈折力を有する第１１レンズＬ１１と、両凸形状の正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２と、メニスカス形状の正の屈折力を有する第１３レンズＬ１３とから成る。
【００２８】
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２１レンズＬ２１と、プラスチックで形成され両凹形状の負の屈折力を有する第２２レンズＬ２２と、プラスチックで形成されメニスカス形状の正の屈折力を有する第２３レンズＬ２３とから成る。
【００２９】
第３レンズ群Ｇ３は、ガラス研磨により形成された１枚の両凸形状の正の屈折力を有する第３１レンズＬ３１から成る。
【００３０】
第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、プラスチックで形成され両凸形状の正の屈折力を有する第４１レンズＬ４１と、プラスチックで形成された両凹形状の負の屈折力を有する第４２レンズＬ４２と、ガラス研磨により形成された両凸形状の正の屈折力を有する第４３レンズＬ４３とから成る。
【００３１】
また、Ｓは絞り、Ｋはローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のカバーガラスである。
・全体諸元
ｆ＝２．２２〜４４．５８
Ｆ＝１．８８〜２．６３
２ω＝６４．８°〜４．２２°
・レンズデータ
【００３２】
【表２】
2006171615.tif 000005
【００３３】
・非球面データ
【００３４】
【表３】
2006171615.tif 000006
【００３５】
・レンズ群間隔のデータ
【００３６】
【表４】
2006171615.tif 000007
【００３７】
・常温より３０℃上昇したときのバックフォーカスの変化量Δｆb
【００３８】
【表５】
2006171615.tif 000008
【００３９】
・条件式
ｆt／ｆw＝２０．１
｜ｆ2｜／ｆw＝１．７３
Ｍ2／ΦＬ1＝０．８３
図２は実施例１のズームレンズの収差図であり、図２（ａ）は広角端、図２（ｂ）は中間域、図２（ｃ）は望遠端の収差図である。
［実施例２］
図３は実施例２のズームレンズの構成図であり、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は固定され、第２レンズ群Ｇ２は変倍時に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定され、第４レンズ群Ｇ３は変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する。
【００４０】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、メニスカス形状の負の屈折力を有する第１１レンズＬ１１と、両凸形状の正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２と、メニスカス形状の正の屈折力を有する第１３レンズＬ１３とから成る。
【００４１】
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２１レンズＬ２１と、プラスチックで形成され両凹形状の負の屈折力を有する第２２レンズＬ２２と、プラスチックで形成され両凸形状の正の屈折力を有する第２３レンズＬ２３とから成る。
【００４２】
第３レンズ群Ｇ３は、ガラス研磨により形成された１枚の両凸形状の正の屈折力を有する第３１レンズＬ３１から成る。
【００４３】
第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、プラスチックで形成され両凸形状の正の屈折力を有する第４１レンズＬ４１と、プラスチックで形成された両凹形状の負の屈折力を有する第４２レンズＬ４２と、ガラス研磨により形成された両凸形状の正の屈折力を有する第４３レンズＬ４３とから成る。
【００４４】
また、Ｓは絞り、Ｋはローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のカバーガラスである。
・全体諸元
ｆ＝２．３７〜５６．１５
Ｆ＝１．６６〜３．４５
２ω＝６３．２°〜２．９０°
・レンズデータ
【００４５】
【表６】
2006171615.tif 000009
【００４６】
・非球面データ
【００４７】
【表７】
2006171615.tif 000010
【００４８】
・レンズ群間隔のデータ
【００４９】
【表８】
2006171615.tif 000011
【００５０】
・常温より３０℃上昇したときのバックフォーカスの変化量Δｆb
【００５１】
【表９】
2006171615.tif 000012
【００５２】
・条件式
ｆt／ｆw＝２３．７
｜ｆ2｜／ｆw＝１．７４
Ｍ2／ΦＬ1＝０．９２
図４は実施例２のズームレンズの収差図であり、図４（ａ）は広角端、図４（ｂ）は中間域、図４（ｃ）は望遠端の収差図である。
［実施例３］
図５は実施例３のズームレンズの構成図であり、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ３とから構成される。第１レンズ群Ｇ１は固定され、第２レンズ群Ｇ２は変倍時に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定され、第４レンズ群Ｇ３は変倍時に移動すると共に物体距離変化における像面の位置変化を補正する。
【００５３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、メニスカス形状の負の屈折力を有する第１１レンズＬ１１と、両凸形状の正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２と、メニスカス形状の正の屈折力を有する第１３レンズＬ１３とから成る。
【００５４】
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、無機ガラスで形成され像側に強い面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２１レンズＬ２１と、プラスチックで形成され両凹形状の負の屈折力を有する第２２レンズＬ２２と、プラスチックで形成されメニスカス形状の正の屈折力を有する第２３レンズＬ２３とから成る。
【００５５】
第３レンズ群Ｇ３は、ガラス研磨により形成された１枚の両凸形状の正の屈折力を有する第３１レンズＬ３１から成る。
【００５６】
第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、プラスチックで形成され両凸形状の正の屈折力を有する第４１レンズＬ４１と、プラスチックで形成された両凹形状の負の屈折力を有する第４２レンズＬ４２と、ガラス研磨により形成された両凸形状の正の屈折力を有する第４３レンズＬ４３とから成る。
【００５７】
また、Ｓは絞り、Ｋはローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のカバーガラスである。
・全体諸元
ｆ＝２．３６〜６７．７７
Ｆ＝１．６６〜３．４６
２ω＝６４．８°〜２．５６°
・レンズデータ
【００５８】
【表１０】
2006171615.tif 000013
【００５９】
・非球面データ
【００６０】
【表１１】
2006171615.tif 000014
【００６１】
・レンズ群間隔のデータ
【００６２】
【表１２】
2006171615.tif 000015
【００６３】
・常温より３０℃上昇したときのバックフォーカスの変化量Δｆb
【００６４】
【表１３】
2006171615.tif 000016
【００６５】
・条件式
ｆt／ｆw＝２８．７
｜ｆ2｜／ｆw＝１．８６
Ｍ2／ΦＬ1＝１．１４
図６は実施例３のズームレンズの収差図であり、図６（ａ）は広角端、図６（ｂ）は中間域、図６（ｃ）は望遠端の収差図である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１のズームレンズの構成図である。
【図２】実施例１のズームレンズの収差図である。
【図３】実施例２のズームレンズの構成図である。
【図４】実施例２のズームレンズの収差図である。
【図５】実施例３のズームレンズの構成図である。
【図６】実施例３のズームレンズの収差図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｇ４  第４レンズ群
Ｓ  絞り
Ｋ  カバーガラス
【図１】
2006171615.tif 000017
【図２】
2006171615.tif 000018
【図３】
2006171615.tif 000019
【図４】
2006171615.tif 000020
【図５】
2006171615.tif 000021
【図６】
2006171615.tif 000022