(57)【要約】【課題】特に第２群の小型化・軸上厚の減少・構成枚数の更なる削減を図り、より一層の小型化を達成し、且つ、諸収差が良好に補正された高性能を有するズームレンズを提供すること。【解決手段】物体側より負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３を有し、広角端から望遠端への変倍に際して第１群と第２群の間隔が縮まり、第２群と第３群の間隔が広がるように配したズームレンズにおいて、該第１群Ｇ１は物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１０、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１１を有し、該第２群Ｇ２は物体側より順に、正屈折力の接合レンズ２０、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ２１を有し、該第３群Ｇ３は１枚の両凸レンズ３０を有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より負屈折力の第１群、正屈折力の第２群、正屈折力の第３群を有し、広角端から望遠端への変倍に際して第１群と第２群の間隔が縮まり、第２群と第３群の間隔が広がるように配したズームレンズにおいて、
該第１群は物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを有し、
該第２群は物体側より順に、正屈折力の接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを有し、
該第３群は１枚の両凸レンズを有することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２群中の負メニスカスレンズの焦点距離を  ｆ２ｎ、第２群全体の焦点距離を  ｆ２  とした時、
１．０＜  ｜ｆ２ｎ｜／ｆ２    ＜２．２
の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第２群中の負メニスカスレンズのアッベ数を  ν２ｎ  とした時、
３５  ＜  ν２ｎ  ＜  ５８
の条件式を満足する請求項１又は２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２群中の負メニスカスレンズの物体側レンズ面は、周辺にいくに従い正屈折力が弱くなる非球面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第１群中の負メニスカスレンズの像側レンズ面は、周辺にいくに従い負屈折力が弱くなる非球面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤなど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に適したズームレンズに関し、特に負屈折力のレンズ群が先行する全体として３つのレンズ群を有し、これらの各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、レンズ系全体の小型化を図ったズーム比３程度のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラやデジタルスチルカメラなどでは、撮像素子の高密度化および画素サイズの微小化に伴い、それに用いるレンズ系
には高性能なものが求められている。また同時にカメラの携行性からコンパクトなレンズ、しかもズームレンズが望まれている。
【０００３】
この種のカメラには、銀塩フィルム用カメラのレンズ系と異なり、撮像面に対して各像高への光束の主光線が出来るだけ垂直に近く入射させないと、その撮像素子の構成・構造上から周辺照度が、レンズのみの特性にＣＣＤの効率係数を乗じた形で低下したり、カラーカメラにおいては色シェーディングが生じたりしてしまう、などのレンズ系に対する制約が付きまとうので、所謂テレセントリック性の良いレンズ系が望まれている。
【０００４】
また、この種の固体撮像素子を用いるカメラでは、素子のサンプリングによる折り返し歪み（エイリアシング）を防ぐため、また素子の分光感度特性からもたらされる色再現上の不具合を軽減するために、レンズ系の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光学部材を配置するので、そのための光学系としては、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求される。
【０００５】
これらの純技術的要請を受け入れる光学系として、従来より負屈折力の第１群、正屈折力の第２群、正屈折力の第３群のいわゆる３群ズームレンズが、この分野のズーム比が２乃至３程度のものに充当されてきた。
【０００６】
本発明に係るズームレンズに関連する先行技術としては、次の各特許文献１〜５があげられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−２８８１１３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０４５１８号公報
【特許文献３】
特開２０００−８９１１０号公報
【特許文献４】
特開２００１−３１８３１１号公報
【特許文献５】
特開２００１−２８１５４５号公報
【発明が解決しようとする課題】
バックフォーカスとテレセントリック特性の両方を満足させる負屈折力先行型のの３成分ズームレンズとしては、特開平３−２８８１１３号公報  （特許文献１）で開示されているが、この従来例では、第１群固定型で且つフォーカシングも第１群に付与させているため、第１群が径方向に大きく、また各群の構成枚数が比較的多く、同時に光学全長が長くなる傾向にあった。
【０００８】
特開平１０−１０４５１８号公報（特許文献２）においては、第１群を負・負・正の３枚構成、第２群を正・接合・正の４枚構成にして、３倍ズームレンズを達成しているが、構成枚数の多さおよび前玉径の大きさ、光学全長の長さ、第２群内の偏芯敏感度（各レンズの同軸性が崩れることによる、光学性能が劣化する程度）などの量産性などの面で多くの改善点を有していた。
【０００９】
また、特開２０００−８９１１０号公報  （特許文献３）  においては、第１群を負・負・正の３枚構成、第２群を正・負・正の３枚構成にして、３倍ズームレンズとしているが、構成枚数の削減には一定の効果があったものの、前玉径の大きさ・偏芯特性の軽減などについては従来例を凌駕するには至っていなかった。
【００１０】
同様な目的として、特開２００１−３１８３１１号公報  （特許文献４）  においては、第１群を負・負・正の３枚構成、第２群を正・接合（正・負）にて、３倍ズームレンズを達成しているが、光学全長で短縮・第２群内の偏芯敏感度に対するレンズタイプ上の改善は見られたが、前玉径の減少についてはみるべきものがなかった。
【００１１】
また、特開２００１−２８１５４５号公報  （特許文献５）  においては、第１群を負・正の２枚構成、第２群を正・負の接合レンズ、負・正の接合レンズの４枚構成なるものが提案され、第１群のスリム化が即前玉径の減少と光学全長の短縮に繋がり一定の効果はあったが、第２群の構成枚数上  （枚数が多い）  に不満が残るものであった。
【００１２】
これら従来例で開示のあったズームレンズを更に改良し、特に第２群の小型化・軸上厚の減少・構成枚数の更なる削減を図り、より一層の小型化を達成し、且つ、諸収差が良好に補正された高性能を有するズームレンズの提供を目的とした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の本発明のズームレンズは、
物体側より負屈折力の第１群、正屈折力の第２群、正の屈折力の第３群を有し、広角端から望遠端への変倍に際して第１群と第２群の間隔が縮まり、第２群と第３群の間隔が広がるように配したズームレンズにおいて、
第１群は物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを有し、
第２群は物体側より順に正レンズと負レンズからなるトータルが正屈折力の接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを有し、
第３群は１枚の両凸レンズを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において第２群中の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの焦点距離を  ｆ２ｎ、第２群全体の焦点距離を  ｆ２    とした時、
１．０＜｜ｆ２ｎ｜／ｆ２    ＜２．２
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において第２群中の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズのアッベ数を  ν２ｎ  とした時、
３５＜  ν２ｎ  ＜５８
の条件を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか発明において第２群中の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの物体側レンズ面は、周辺にいくに従い正屈折力が弱くなる非球面であることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか発明において第１群中の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの像側レンズ面は、周辺にいくに従い負屈折力が弱くなる非球面であることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の後述する実施例１のレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の実施例１の広角端・中間・望遠端での収差図である。図５は本発明の後述する実施例２のレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の実施例２の広角端・中間・望遠端での収差図である。図９は本発明の後述する実施例３のレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の実施例３の広角端・中間・望遠端での収差図である。図１３は本発明の後述する実施例４のレンズ断面図である。図１４〜図１６は本発明の実施例４の広角端・中間・望遠端での収差図である。図１７は本発明の後述する実施例５のレンズ断面図である。図１８〜図２０は本発明の実施例５の広角端・中間・望遠端での収差図である。
【００１９】
図１、図５、図９、図１３、図１７のレンズ断面図において、Ｇ１は負屈折力の第１群、Ｇ２は正屈折力の第２群、Ｇ３は正屈折力の第３群、ＩＰは像面、Ｇ４はローパスフィルターや色補正フィルターなどのガラズブロックである。矢印は広角端から望遠端への変倍に際して各レンズ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の移動の軌跡を示している。
【００２０】
各実施例のレンズ構成について説明する。
図１、図５、図９、図１３、図１７においては、負屈折力の第１群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１０、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１１の２枚で構成している。正屈折力の第２群Ｇ２は物体側より順に、正レンズ２０ａと負レンズ２０ｂから成るトータルが正屈折力の接合レンズ２０、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ２１の３枚構成としている。また、正屈折力の第３群Ｇ３は１枚の両凸レンズ３０から成っている。各図におけるレンズ断面図は、広角端で距離∞におけるレンズ配置を示している。広角端から望遠端への変倍に際しては第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔が縮まり、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔が広がるように、各レンズ群が配されている。
【００２１】
以上のように、各レンズ群を所望の屈折力配置と収差補正とを両立するレンズ構成により、良好な性能を保ちつつ、レンズ系のコンパクト化を達成している。
【００２２】
第１群Ｇ１は、通常の広角レンズの場合と同じく前玉径の増大を防ぐ意味合いから負レンズ・正レンズと配置し、しかも軸外主光線の屈折量が出来るだけ大きくならないように、主光線入射方向に対して屈折の少ない形状の負メニスカスレンズ１０および正メニスカスレンズ１１として、非点収差・歪曲の顕著な発生を抑制している。
【００２３】
更に上記負メニスカスレンズ１０の像側レンズ面（Ｒ２）に、周辺にいくに従い順次負屈折力が弱くなる非球面を設けることにより、非点収差と歪曲をバランス良く補正し、２枚と言う実質上の最小枚数で第１群Ｇ１を構成し、レンズ系全体の径方向・長さ方向のコンパクト化に大きく寄与させている。
【００２４】
ＣＣＤなどの固体撮像素子の高画素数化および１画素サイズの微細化に伴って要求される色収差補正レベルの縮小化に対応するために、第２群Ｇ２に正レンズ２０ａと負レンズ２０ｂの接合レンズ２０および物体側に凸面をむけた負メニスカスレンズ２１を配置して、該負メニスカスレンズ２１のアッベ数  ν２ｎ  を、３５  ＜  ν２ｎ  ＜  ５８
とすることにより、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正している。
【００２５】
条件式の上限を超えると、軸上色収差の可視域での量が増大し、倍率色収差も短波長側で大きく補正不足となる。また、条件式の下限を超えると、軸上色収差および倍率色収差ともに補正過剰になり、特に短波長側のフレアーが顕著となって像性能を低下させてしまう。条件式の範囲内に設定すると、軸上色収差がｄ線基準として、ｇ線およびＦ線が同量となり所謂二次スペクトルが最小となり、倍率色収差も所望量内に補正されて、良好な光学性能を有することになる。
【００２６】
また、第２群Ｇ２は軸上光線（Ｆナンバー光線）が最も高い位置を通る群であるので、該接合レンズ２０に後続する負メニスカスレンズ２１の物体側レンズ面（Ｒ９）に、周辺にいくに従い正屈折力が弱くなる非球面を配して、主に球面収差・コマ収差の補正に寄与させている。
【００２７】
レンズ系全体の長さ方向の短縮化のために、第２群Ｇ２では正屈折力の接合レンズ２０・負屈折力の負メニスカスレンズ２１と所謂テレフォトタイプのレンズ配置とし、第２群Ｇ２の前方主点位置を大きく物体側に飛び出させている。また、第２群全体の焦点距離を  ｆ２    、該負メニスカスレンズ２１の焦点距離を  ｆ２ｎ  としたとき、
１．０  ＜  ｜ｆ２ｎ｜／ｆ２    ＜  ２．２
なる条件式を満足させることにより、性能向上面も併せて効果がある。
【００２８】
上限を超えて屈折力が弱くなると、第２群Ｇ２を正レンズ・負レンズのテレフォトタイプにした効果が薄れ、第２群Ｇ２の前方主点位置を像側に移動させてしまいレンズ全長の大型化を招くために良くない。下限を超えて屈折力が強まるとペッツバール和が急激に大きくなり、像面がオーバーとなって像性能を劣化させることになる。条件式の範囲内で屈折力配分をすることにより、全長の短いもので、且つ高性能なレンズ系が得られた。
【００２９】
第３群Ｇ３は正屈折力の両凸レンズ１枚で構成している。像側テレセントリックを良好にしつつ、軸外周辺部の光学性能を上げるフィールドフラットナーの役目も兼ねている。
【００３０】
本実施例の各ズームレンズを用いて、近距離物体を撮影する場合は、第１群Ｇ１の繰り出しでも良好な光学性能が得られるが、以下の理由より第３群Ｇ３の繰り出しによるフォーカシングの方がより良い。即ち、第１群Ｇ１による繰り出しでは、他群より大きな径の第１群Ｇ１の周囲にフォーカス用モーターを配するので、鏡胴径として大きくなる、また、他群より重い第１群Ｇ１を稼動させるので、該モーターにかかる負荷も大きいものとなる。それに引き換え、第３群フォーカスならば、フォーカスモーター配置による鏡胴径の増大もなく、またレンズ径も小さいので重量も軽く、モーターへの負荷も大幅に軽減できる。
【００３１】
また、第１群Ｇ１からフォーカシング繰り出しの役目を取り除くと、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２を単にズームカムで連結しズーミングさせればよいので、構造上および精度上でも有利になる。
【００３２】
各実施例１〜５の収差図を見ても分かるように、諸収差が良好に補正されていることが分かる。すなわち、  従来例で開示のあったズームレンズを更に改良し、特に第２群の小型化・軸上厚の減少・構成枚数の更なる削減を図り、より一層の小型化を達成し、且つ、諸収差が良好に補正された高性能を有するズームレンズの提供をすることができた。
【００３３】
【実施例】
図２１〜２５に、本発明の実施例１〜５の数値データを示す。各図において、Ｒはレンズ各面の曲率半径、Ｄはレンズ厚みまたはレンズ間の空気間隔、Ｎはレンズ構成しているガラス材料のｄ線の屈折率、νは該ガラス材料のアッベ数である。もっとも像側の２つの材料は光学ローパスフィルターである水晶フィルター、（赤外カットフィルターも含めた）、及び、ＣＣＤカバーガラスなどの部材である。Ｒ１〜Ｒ１６の曲率半径がｉｎｆｉｎｉｔｙと表示されているのは、曲率半径が∞、すなわち、  平面であることを示す。また、Ｒ５の位置にあるのは、レンズの絞りである。
【００３４】
非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表わすと、
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ２  ／  ［１＋｛１−（１＋ｋ）（Ｈ／Ｒ）２  ｝１／２  ］＋ＡＨ４  ＋ＢＨ６  ＋ＣＨ８  ＋ＤＨ１０＋ＥＨ１２
となる。Ｒは近軸曲率半径、ｋはコニカル係数である。非球面係数のｅ−３  などの標記は１０−３を意味する。
【００３５】
前述の条件式と各実施例における諸数値との関係を、表１に示す。
【表１】
2004177501.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の実施例１の中間焦点距離の収差図
【図４】本発明の実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の実施例２の中間焦点距離の収差図
【図８】本発明の実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の実施例３の中間焦点距離の収差図
【図１２】本発明の実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施例４のレンズ断面図
【図１４】本発明の実施例４の広角端の収差図
【図１５】本発明の実施例４の中間焦点距離の収差図
【図１６】本発明の実施例４の望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施例５のレンズ断面図
【図１８】本発明の実施例５の広角端の収差図
【図１９】本発明の実施例５の中間焦点距離の収差図
【図２０】本発明の実施例５の望遠端の収差図
【図２１】実施例１の数値データを示す図
【図２２】実施例２の数値データを示す図
【図２３】実施例３の数値データを示す図
【図２４】実施例４の数値データを示す図
【図２５】実施例５の数値データを示す図
【符号の説明】
Ｇ１      第１群
Ｇ２      第２群
Ｇ３      第３群
Ｇ４      ローパスフィルター（赤外カットフィルターを含む）とＣＣＤカバーガラス
ＩＰ      像面
ｄ        ｄ線
ｇ        ｇ線
Ｃ        Ｃ線
ＳＣ      正弦条件
ＤＳ      サジタル像面
ＤＴ      メリディオナル像面
Ｙ’      像高
ＨＴ      軸上光入射高
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004177501.tif 000006
【図４】
2004177501.tif 000007
【図５】
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【図６】
2004177501.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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