(57)【要約】【課題】コンパクトで高い光学性能を有するズームレンズおよび撮像装置を提供すること。【解決手段】本発明は、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とを備えるズームレンズおよびそれを用いた撮像装置において、第２レンズ群Ｇ２として、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズＬ４と、３枚接合レンズＬ５／Ｌ６／Ｌ７とを備えるものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第１レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第２レンズ群と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを備えるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズ、３枚接合レンズを備える
ことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群は像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備える
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３レンズ群は１枚の正レンズから成り、少なくとも１面以上の非球面を持つ
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第３レンズ群中の正レンズが、
ｎ＞１．５および４５＜ν＜７０
ｎ：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のｄ線に対する屈折率
ν：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
を満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
【請求項５】
ズームレンズを備える撮像装置において、
前記ズームレンズは、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第１レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第２レンズ群、変倍時光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを備えており、
前記第２レンズ群は、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズ、３枚接合レンズを備える
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記第１レンズ群は像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備える
ことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第３レンズ群は１枚の正レンズから成り、少なくとも１面に非球面を持つ
ことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第３レンズ群中の正レンズが、
ｎ＞１．５および４５＜ν＜７０
ｎ：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のｄ線に対する屈折率
ν：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
を満足することを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズおよび撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な、Ｆナンバーが２．８程度の明るさと、３倍程度のズーム比を有し、特に縮退時の全長が短いズームレンズおよび撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラやデジタルカメラは急速に普及しており、その中でより一層の高画質化とコンパクト化が求められている。従来技術として物体側から順に負正正のズーム構成を持ち、第１レンズ群が凹凸２枚のレンズからなる少ないレンズ枚数のズームレンズが特許文献１、特許文献２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９６４７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−３７２６６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術を利用して５００万画素クラスのズームレンズを得ようとしてもレンズ系の縮小が難しい上に、撮像素子の画素サイズの縮小に伴う高解像力の要求に応えることが難しい。さらに、コンパクト化と高解像力化を求めると、おのずと第２レンズ群のレンズ同士の偏芯による結像性能への影響が著しく大きくなり、信頼性向上を図ることが困難となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第１レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第２レンズ群と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを備えるズームレンズにおいて、第２レンズ群として、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズ、３枚接合レンズを備えるものである。また、上記ズームレンズにおいて、第１レンズ群が像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備えるものでもある。また、第３レンズ群が１枚の正レンズから成り、少なくとも１面以上の非球面を持つものでもある。また、上記ズームレンズを備える撮像装置でもある。
【０００６】
このような本発明では、物体側から順に負正正の屈折力となる第１〜第３レンズ群を備えるズームレンズにおいて、第２レンズ群を物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズ、３枚接合レンズという構成にすることで、非球面から成る１枚の正レンズによって収差の補正を効果的に行うことができ、また３枚接合レンズによって、従来ダブレットと単レンズとで構成していたものに比べ、３枚のレンズの位置合わせ精度を向上でき、コンパクト化に伴う偏芯感度の増大を抑制し、組み立て性が容易な光学系とすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るズームレンズを説明する図である。このズームレンズは、主としてデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用されるものである。先ず、本実施形態に係るズームレンズの概要を説明する。
【０００８】
本実施形態のズームレンズは、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３とを備えている。
【０００９】
このようなズームレンズにおいて、本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２として、物体側から絞りＳ、少なくとも物体側の面が非球面から成る１枚の正レンズＬ４、３枚接合レンズＬ５／Ｌ６／Ｌ７を備える構成となっている。
【００１０】
また、第１レンズ群Ｇ１としては、像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズＬ１／Ｌ２と正レンズＬ３とを備える構成となっている。さらに、第３レンズ群Ｇ３としては、１枚の正レンズＬ８から成り、少なくとも１面以上の非球面を持つ構成となっている。しかも、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ８が以下の条件式を満たすことで、より望ましいズームレンズを得ることができる。
【００１１】
ｎ＞１．５および４５＜ν＜７０…▲１▼
ｎ：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のｄ線に対する屈折率
ν：第３レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
【００１２】
次に、本実施形態に係るズームレンズの詳細について説明する。このズームレンズにおいて変倍を行う際には、図中矢印線に示すように各レンズ群が移動することになるが、変倍比の多くは主に正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２が分担している。そして負の第１レンズ群Ｇ１は広角端Ｗから望遠端Ｔにかけて光軸上を前後に移動し、正の第３レンズ群Ｇ３は撮像面ＩＭＧに対して光軸上を前後に移勒することで、変倍時に起こる焦点の移動を補正している。
【００１３】
本実施形態に係るズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、特に広角端Ｗでの軸外主光線の屈折量が大きいため、非点収差や歪曲収差の発生が大きい。そこで本実施形態では、レンズ系の小型化を図るため凹レンズ先行の凹凸構成とし、負レンズの像面側に樹脂層の非球面、いわゆるハイブリッド非球面を設けている。
【００１４】
この部分にハイブリッド非球面を設けることは、通常のガラスモールド非球面レンズを用いた場合に比べてコストメリットを得ながら、硝材選択の幅を広げられ、非点収差や歪曲収差等を良好に補正することができるようになる。その結果、第１レンズ群Ｇ２をレンズ２枚という簡素な構成とすることができ、レンズ全体のコンパクト化を図ることが可能となる。
【００１５】
さらに、複合型非球面レンズを紫外線硬化による方法で作る場合、第１レンズ群Ｇ１に用いられる硝材は紫外線の透過率が高いものが望ましい。その透過率特性は、例えば透過率５％となる波長（λ５％）が３５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
λ５％＜３５０ｎｍ…▲２▼
【００１７】
また、第２レンズ群Ｇ２で最も物体側に位置する正レンズＬ４（凸レンズ）には、少なくとも物体側に非球面を設けることが望ましい。負群先行のズームレンズの場合、第１レンズ群Ｇ１からの光束が発散光束となるため、第２レンズ群Ｇ２で最も物体側に位置する絞りＳの近傍に置かれた正レンズＬ４に最も太い光束が通る。したがって、ここに非球面を用いることにより球面収差の補正を効果的に行うことが可能となる。また、この正レンズＬ４は絞りＳに対して凸面を持つことが望ましい。もしも凹面とすると、さらに光束が発散し、第２レンズ群Ｇ２の径を増大させることになるからである。
【００１８】
また、絞りＳの位置を第２レンズ群Ｇ２中最も物体側に置く理由は、軸外主光線の撮像素子への入射角度を浅くしたいため、撮像面ＩＭＧに対して遠くに配置したいからであり、また、第２レンズ群Ｇ２中のレンズ間に絞りを配置するのに比べ、絞りＳより物体側のスペースをレンズ群の間隔と共有することができるのでコンパクト化を図ることができるからである。また、広角端Ｗでの入射瞳位置を物体側に近づけ第１レンズ群Ｇ１のレンズ外径の増大を抑える効果もある。
【００１９】
第２レンズ群Ｇ２中、先行する正レンズＬ４（凸レンズ）の後方に３枚のレンズ（３枚接合レンズＬ５／Ｌ６／Ｌ７）を配置している。負群先行のズームレンズの場合、軸外光束は第１レンズ群Ｇ１では光軸上より高い位置を通過し、第２レンズ群Ｇ２に入り絞りＳ近傍で低くなる。そして第２レンズ群Ｇ２から第３レンズ群Ｇ３にかけて再び高くなるので、レンズを３枚用いて諸収差を補正している。
【００２０】
軸上光線は特に第２レンズ群Ｇ２中の非球面を持つ凸レンズにより収差補正を分担させ、軸外光線は、第１レンズ群Ｇ１中の複合非球面と第２レンズ群Ｇ２中３枚レンズにて収差補正を分担させている。しかしながら、補正に３枚のレンズを使うと、光学系をコンパクトにしようとしたとき第２レンズ群Ｇ２に強いパワーを分担しなくてはならず、自ずと構成レンズの偏芯感度が増大する。そのため、本実施形態ではレンズの機械的な組み立て誤差を吸収するために、３枚のレンズを接合した３枚接合レンズＬ５／Ｌ６／Ｌ７を用いることで対策している。
【００２１】
第２レンズ群Ｇ２の分担する変倍の割合は以下の条件を満足することが望ましい。
【００２２】
２．０＜（β２ｔ・β３ｗ）／（β２ｗ・β３ｔ）＜２．６…▲３▼
β２ｗ：第２レンズ群の広角端での倍率
β３ｗ：第３レンズ群の広角瑞での倍率
β２ｔ：第２レンズ群の望遠端での倍率
β３ｔ：第３レンズ群の望遠端での倍率
【００２３】
条件式▲３▼は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との変倍比の分担量を規定するもので、もしも条件式▲３▼の下限を超えると、相対的に第３レンズ群Ｇ３に変倍比の負担が多くなり、特に変倍時の収差変動を、第３レンズ群Ｇ３を僅か１枚の凸レンズで構成させることが難しくなる。また、フォーカシングを第３レンズ群Ｇ３で行う場合、繰り出しによる倍率色収差の変化が許容できなくなり望ましくない。
【００２４】
一方、条件式▲３▼の上限を超えて第２レンズ群Ｇ２の変倍比の負担が多くなると、変倍に必要な移動ｉが大きくなり、コンパクト化が損なわれてしまう。条件式▲３▼にある通り第３レンズ群Ｇ３に変倍時の倍率を適度に割り振ることで、第１、第２レンズ群各々の屈折力の最適化を図ることができ、収差補正を容易に行うことが可能となる。
【００２５】
本実施形態に係るズームレンズ中、第３レンズ群Ｇ３は１枚の正レンズＬ８（凸レンズ）で構成し、変倍中光軸上を前後に移動することで変倍により生じる像面のずれを補正している。１枚のレンズとすることにより、沈胴ズームレンズに要求される縮退時の光軸上の長さを短くできること、フォーカシング機構の簡素化が図れるという効果を持つ。
【００２６】
しかし、この第３レンズ群Ｇ３を１枚で構成させると、フォーカシング時に発生する倍率の色収差やオーバ側に発生する像面湾曲の補正が難しくなる。これを適度な範囲に収めなくてはならないと言う新たな課題が出てくる。そこで本実施形態では、第３レンズ群Ｇ３中の正レンズＬ８が上記条件式▲１▼を満足するように構成させている。
【００２７】
なお、上記条件式▲１▼を外れてアッべ数が小さくなると、特に望遠端でフォーカシング時のレンズの繰り出しによる倍率色収差を許容値内に収めることが難しくなる。逆にこの範囲をはずれ大きくなると色収差に関しては望ましいが、市販品の中から選択できる硝種の屈折率が小さいものになるため、第３レンズ群中のレンズの曲率半径が小さくなり特に望遠端の像面湾曲が著しくアンダ側に倒れ、他のレンズ群で補正することが難しくなる。また、下記の条件式▲４▼を満足することが望ましい。
【００２８】
２．２＜ｆ３／ｆｗ＜３．０…▲４▼
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端の焦点距離
【００２９】
なお、上記条件式▲４▼の上限を超えて第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が長くなると、第３レンズ群Ｇ３でフォーカシングする場合、フォーカシングに必要な移動量が増大し、収差の近距離変化が大きくなり望ましくない。逆に下限を超えて焦点距離が短くなると、特に第１レンズ群の大型化を招き、光学系全体のコンパクトさを損なうので望ましくない。
【００３０】
次に、本実施形態に係るズームレンズの数値例として第１実施例および第２実施例を示す。各実施例とも、非球面は、座標として光軸方向にＸ軸を取り、光軸と垂直方向の高さをＨ、円錐定数をＫ、曲率半径をＲ、４次、６次、８次および１０次の非球面係数をそれぞれＡ、Ｂ、ＣおよびＤとすると、数式（１）で表されるものとする。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
図２は第１実施例に係るズームレンズの構成図、図３は第１実施例に係るズームレンズの広角端での収差図、図４は第１実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図、図５は第１実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図、図６は第１実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【００３３】
図３〜図５におけるＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角である。また、球面収差を表す図の縦軸は開放Ｆ値、横軸はフォーカス、ｄ線は波長５８７．６ｎｍ、ｇ線は波長４３５．８ｎｍである。また、非点収差を表す図の立て軸は像高、横軸はフォーカス、ΔＳはサジタル、ΔＭはメリジオナルの像面を表している。また、歪曲収差を表す図の縦軸は像高、横軸は％となっている。
【００３４】
また、図６における面Ｎｏ．は図２に示すレンズ面の物体側からの番号、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ面間隔、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数を表す。また、非球面を表すパラメータのＫ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは数式（１）の各パラメータに対応する。また、レンズ群間隔Ａ１，Ｂ２，Ｃ３は、Ａ１が第１レンズ群と第２レンズ群との間隔（レンズ面Ｓ５と絞りＳとの間隔）、Ｂ２が第２レンズ群と第３レンズ群との間隔（レンズ面Ｓ１２とレンズ面Ｓ１３との間隔）、Ｃ３が第３レンズ群とフィルタＦＬとの間隔（レンズ面Ｓ１４とフィルタ面Ｓ１５との間隔）を示している。
【００３５】
図７は第２実施例に係るズームレンズの構成図、図８は第２実施例に係るズームレンズの広角端での収差図、図９は第２実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図、図１０は第２実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図、図１１は第２実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。図７〜図１１における各符号の意味は第１実施例と同様である。
【００３６】
また、図１２は、各実施例での上記条件式▲１▼〜▲４▼に対応した数値例を示す図である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、ズームレンズの小型化を図ることができるとともに、レンズの偏芯に対して結像性能への影響を抑制した高い光学性能を実現することが可能となる。これにより、撮像装置の小型化および高画質化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るズームレンズを説明する図である。
【図２】第１実施例に係るズームレンズの構成図である。
【図３】第１実施例に係るズームレンズの広角端での収差図である。
【図４】第１実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図である。
【図５】第１実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図である。
【図６】第１実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【図７】第２実施例に係るズームレンズの構成図である。
【図８】第２実施例に係るズームレンズの広角端での収差図である。
【図９】第２実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図である。
【図１０】第２実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図である。
【図１１】第２実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【図１２】各実施例での上記条件式▲１▼〜▲４▼に対応した数値例を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｌ５／Ｌ６／Ｌ７…３枚接合レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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