(57)【要約】【課題】適切な収差補正を行いつつ高いズーム比のコンパクトなズームレンズを提供する。【解決手段】物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群１１、正の屈折力を有する第２レンズ群１２および正の屈折力を有する第３レンズ群１３を有するズームレンズ１において、第１レンズ群１１として物体側から非球面の負レンズ２１および正レンズ２２を順に配置し、第２レンズ群１２として物体側から、非球面の正レンズ３１、負レンズ３２、凹面を像面側に向けた負メニスカスレンズ３３、および、正レンズ３４を順に配置する。さらに、負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間に空気間隙を存在させる。第３レンズ群１３として１枚の非球面レンズ４１を設ける。これにより、適切な収差補正を行いつつ高いズーム比のコンパクトなズームレンズ１とすることができる。【選択図】        図１
2004258311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズームレンズであって、物体側から順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群と、
正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、
を備え、
広角端から望遠端に向けて変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の距離が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離が増大し、
前記第１レンズ群が物体側から、第１負レンズおよび第１正レンズをこの順序で有し、少なくとも１つの非球面レンズが前記第１レンズ群に含まれ、
前記第２レンズ群が物体側から、第２正レンズ、第２負レンズ、凹面を像面側に向けた負メニスカスレンズ、および、第３正レンズをこの順序で有し、前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間に空気間隙が存在し、少なくとも１つの非球面レンズが前記第２レンズ群に含まれ、
少なくとも１つの非球面レンズが前記第３レンズ群に含まれることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載のズームレンズであって、
前記第２レンズ群が、前記第２正レンズ、前記第２負レンズ、前記負メニスカスレンズおよび前記第３正レンズからなることを特徴とするズームレンズ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のズームレンズであって、
前記第２正レンズが非球面レンズであることを特徴とするズームレンズ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のズームレンズであって、
前記第２レンズ群の前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間の空気レンズの焦点距離をｆ２Ａ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第２レンズ群の軸上芯厚の和をΣ２ｄ、望遠端における全体の焦点距離をｆＴ、前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間の軸上間隔をｄ２Ａ、望遠端における前記第１レンズ群から合焦位置までの全長をＬＴとして、
【数１】
2004258311.tif 000040
が満たされることを特徴とするズームレンズ。
【請求項５】
請求項４に記載のズームレンズであって、
【数２】
2004258311.tif 000041
が満たされることを特徴とするズームレンズ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のズームレンズであって、
前記第３レンズ群が、１つの非球面レンズからなることを特徴とするズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ等に用いられるズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カメラに用いられるズームレンズとして様々なものが知られている。デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のように固体撮像素子を用いるカメラでは、固体撮像素子前方にローパスフィルタや色補正フィルタ等が配置される。したがって、固体撮像素子を用いるカメラのズームレンズでは、長いバックフォーカスが必要であり、像面側にある程度のテレセントリック性が求められる。また、使用時のみならず、収納時のコンパクトさも近年では求められる傾向にある。
【０００３】
このようなズームレンズとして、物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群により構成されたものが知られており、さらに、ズームレンズのコンパクト化を図るために、特許文献１や特許文献２に開示されているように各レンズ群に非球面レンズを含めたものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３７２６６７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４２３７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載されたズームレンズでは、第２レンズ群が物体側から正レンズ、正レンズ、負レンズ、メニスカスレンズにより構成されるが、この構成は、広角端、中間位置および望遠端のいずれにおいても良好な収差補正を得るには必ずしも好ましいとはいえない。また、特許文献２に記載されたズームレンズでは、第２レンズ群が３つのレンズにより構成されるが、この場合、レンズ群の長さをある程度長くしないとズームレンズの性能を維持することができず、収納時のズームレンズのコンパクト化には不向きである。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ズームレンズにおいて第２レンズ群の構成に注目するとともに非球面レンズを利用することにより、コンパクト化および性能維持の双方を実現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ズームレンズであって、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正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レンズ群とを備え、広角端から望遠端に向けて変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の距離が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離が増大し、前記第１レンズ群が物体側から、第１負レンズおよび第１正レンズをこの順序で有し、少なくとも１つの非球面レンズが前記第１レンズ群に含まれ、前記第２レンズ群が物体側から、第２正レンズ、第２負レンズ、凹面を像面側に向けた負メニスカスレンズ、および、第３正レンズをこの順序で有し、前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間に空気間隙が存在し、少なくとも１つの非球面レンズが前記第２レンズ群に含まれ、少なくとも１つの非球面レンズが前記第３レンズ群に含まれる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のズームレンズであって、前記第２レンズ群が、前記第２正レンズ、前記第２負レンズ、前記負メニスカスレンズおよび前記第３正レンズからなる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のズームレンズであって、前記第２正レンズが非球面レンズである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のズームレンズであって、前記第２レンズ群の前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間の空気レンズの焦点距離をｆ２Ａ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第２レンズ群の軸上芯厚の和をΣ２ｄ、望遠端における全体の焦点距離をｆＴ、前記負メニスカスレンズと前記第３正レンズとの間の軸上間隔をｄ２Ａ、望遠端における前記第１レンズ群から合焦位置までの全長をＬＴとして、
【００１１】
【数３】
2004258311.tif 000003
【００１２】
が満たされる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載のズームレンズであって、
【００１４】
【数４】
2004258311.tif 000004
【００１５】
が満たされる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のズームレンズであって、前記第３レンズ群が、１つの非球面レンズからなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一の実施の形態に係るズームレンズ１、並びに、ローパスフィルタ９１および像面９２（すなわち、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの固体撮像素子の撮像面）の断面図であり、後述の実施例１ないし４のズームレンズを示している。
【００１８】
ズームレンズ１は、物体側から順に像面側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群１１、正の屈折力を有する第２レンズ群１２および正の屈折力を有する第３レンズ群１３を備える。ズームレンズ１では広角端（広角撮影時の状態）から望遠端（望遠撮影時の状態）に向けて変化する際に、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間の距離が減少し、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間の距離が増大する。このとき、第１レンズ群１１は往復運動を行い、第２レンズ群１２は物体側に移動する。なお、第３レンズ群１３は後述の実施例１ないし３では像側に僅かに移動し、実施例４では移動しない。
【００１９】
図１に示すズームレンズ１では、第１レンズ群１１は、物体側から負レンズ２１および正レンズ２２のみにより構成され、収差（特に、広角端における歪曲収差）の補正のために負レンズ２１には非球面レンズが採用される。
【００２０】
第２レンズ群１２は４枚のレンズのみにより構成され、物体側から、両凸面の正レンズ３１、負レンズ３２、凹面を像面側に向けた負メニスカスレンズ３３、および、正レンズ３４が順に配列される。第２レンズ群１２においても収差補正のために２つの正レンズのいずれかが非球面レンズとされる。なお、上記レンズ構成の場合、最も物体側の正レンズ３１への光の入射高さが高いため、正レンズ３１が非球面レンズ（特に、物体側の面が非球面）とされることが好ましい。
【００２１】
ここで、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２および第３レンズ群により構成されるズームレンズでは、第１レンズ群からの軸外光束は光軸から跳ね上げられて第２レンズ群に入射する。したがって、このような構成のズームレンズでは、一般に第２レンズ群は球面収差の発生要因となり、第２レンズ群を３枚のレンズで構成するとズームレンズのズーム倍率を大きくすることが困難となる。さらに、第１レンズ群で補正不可能な歪曲収差も第２レンズ群にて補正されることが好ましい。そこで、図１に示すズームレンズ１では、第２レンズ群１２が非球面レンズを含む４枚のレンズにより構成される。
【００２２】
ズームレンズ１の第２レンズ群１２では、両凸面の正レンズ３１および負レンズ３２が近接して配置され、所定の間隔を挟んで負メニスカスレンズ３３および正レンズ３４が近接して配置される。第２レンズ群１２を、正、負、負、正の屈折力を有する（単）レンズで構成することにより、第２レンズ群１２のベッツバール和を小さく抑えている。さらに、負の屈折力を有する２つレンズの間に所定の間隔を設けることにより、軸外の高い像高まで像面湾曲を補正することを実現している。
【００２３】
また、第２レンズ群１２を正レンズ３１および負レンズ３２からなる前群と、負メニスカスレンズ３３および正レンズ３４からなる後群とに分けることにより、前群および後群のそれぞれにおいて色収差を補正しつつ像面補正が実現される。前群では正レンズ３１と負レンズ３２との間に空気間隙を設けることで球面収差の補正効果が得られる。また、３番目のレンズを負メニスカスレンズ３３とすることにより、前群からの光が入射する高さを抑えることができ、球面収差の補正効果が得られる。
【００２４】
さらに、負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間に空気間隙が存在するとともにこれらのレンズを近接させることにより、通常より強い屈折力を有する空気レンズが形成され、歪曲収差の補正効果が得られる。負メニスカスレンズ３３の凹面が像面側に向けられることにより、コンパクト性を保ちつつ固体撮像素子への結像に求められるテレセントリック性が確保される。
【００２５】
第３レンズ群１３は非球面レンズを１つだけ有するレンズ群とされ、図１に示すズームレンズ１では第３レンズ群１３は１枚の非球面レンズ４１のみにより構成される。第３レンズ群１３は諸収差の補正を目的として設けられ、大きな屈折力は求められない。したがって、非球面レンズ４１の加工精度を安定させることができる。また、非球面レンズ４１の肉厚差を小さくすることができることから、非球面の加工においてコストを削減することができる。
【００２６】
なお、ズームレンズ１のコンパクトさを重視する場合、第３レンズ群１３は１枚の非球面レンズであることが好ましいが、非球面レンズと他の球面レンズとを組み合わせたものが第３レンズ群１３とされてもよい。非球面レンズを１枚とすることにより、ズームレンズ１の性能を高く維持しつつコンパクト化および製造コストの削減が図られる。
【００２７】
大きな屈折力が求められない第３レンズ群１３に非球面レンズを用いることにより、非球面レンズの肉厚差を小さくすることが可能となることから、非球面レンズは製作が困難なガラスモールドにより成形される必要はなく、樹脂により成形されてもよい。これにより、一層のコスト削減および性能の安定を図ることができる。
【００２８】
以上に説明した構成により、ズームレンズ１では、全長を短くするとともに各レンズ群の厚さも抑えることができ、使用時および収納時ともにコンパクト化が可能であり、かつ、ズームレンズ１の性能の低下も抑えることが実現される。
【００２９】
ズームレンズ１では、さらに、第２レンズ群１２の負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間の空気レンズの焦点距離をｆ２Ａ、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３、第２レンズ群１２の軸上芯厚の和をΣ２ｄ、望遠端における全体の焦点距離をｆＴ、負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間の軸上間隔をｄ２Ａ、望遠端における第１レンズ群１１から合焦位置までの全長をＬＴとして、数５ないし数７が満たされる。
【００３０】
【数５】
2004258311.tif 000005
【００３１】
【数６】
2004258311.tif 000006
【００３２】
【数７】
2004258311.tif 000007
【００３３】
なお、軸上芯厚の和Σ２ｄは絞りを除いたものであり、全長ＬＴにおいてローパスフィルタ９１における距離は空気換算した距離である。
【００３４】
数５は、負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間の空気レンズの焦点距離ｆ２Ａを第３レンズ群１３の焦点距離ｆ３で正規化した値の条件を示しており、空気レンズの焦点距離を適切なものとすることにより歪曲収差の補正とテレセントリック性とを確保する条件を示している。
【００３５】
すなわち、｜ｆ２Ａ｜／ｆ３が数５の上限を超えると広角端における歪曲収差の補正が困難となり、テレセントリック性を確保することも困難となる。さらに、望遠端における球面収差の補正不足が大きくなってしまう。一方、｜ｆ２Ａ｜／ｆ３が数５の下限を下回ると空気レンズを形成するための第２レンズ群１２の後群が大型化してしまう。また、広角端における上側光束の発散性が過剰となって像面の正偏位の補正が困難になり、望遠端における球面収差の補正も過剰となる。
【００３６】
数６は、第２レンズ群１２の軸上芯厚の和Σ２ｄを望遠端における全体の焦点距離ｆＴで除算した値の条件を示しており、ズーム比が大きい場合であってもズームレンズ１をコンパクトとするための条件である。
【００３７】
第２レンズ群１２は球面収差や歪曲収差補正に重要な役割を果たすレンズ群であり、第２レンズ群１２の芯圧の和Σ２ｄを大きくすることにより収差補正を容易にすることができる。しかしながら、芯圧の和Σ２ｄを大きくするとズームレンズ１が大型化してしまうこととなる。すなわち、Σ２ｄ／ｆＴが数６の上限を超えるとレンズ系全体が大型化してしまい、Σ２ｄ／ｆＴが数６の下限を下回ると諸収差の補正を適切に行うことが困難となる。
【００３８】
数７は、第２レンズ群１２の後群の負メニスカスレンズ３３と正レンズ３４との間の軸上間隔ｄ２Ａを望遠端における第１レンズ群１１から合焦位置までの全長ＬＴで除算した値の条件を示しており、ズーム比が大きい場合であっても第２レンズ群１２の後群の収差補正能力を保つための条件である。
【００３９】
すなわち、ｄ２Ａ／ＬＴが数７の上限を超えると収差補正は有利になるがズームレンズ１全体が大型化してしまい、ｄ２Ａ／ＬＴが数７の下限を下回れるとズームレンズ１のコンパクト化には有利となるが第２レンズ群１２の後群により数５の条件を満たす空気レンズを構成することが困難となる。なお、数７の下限は数５の上限と同等の役割を果たす条件であるともいえる。
【００４０】
以上の理由により、ズームレンズ１が数５ないし数７を満たすことにより、第２レンズ群１２が４枚のレンズにより構成されたズームレンズであって、ズーム比が大きく（２〜４倍程度）、コンパクトであり、かつ諸収差が適切に補正されたズームレンズ１が実現される。
【００４１】
また、数５ないし数７の条件は、上述のズームレンズ１の構成の場合の一般的な好ましい諸条件の範囲を示しており、後述の実施例１ないし４にて裏付けられるように、数８に示す条件とされることがより好ましい。
【００４２】
【数８】
2004258311.tif 000008
【００４３】
【実施例】
表１は、第１実施例における各レンズ（図１参照）の設計値を示す表であり、表２ないし表７は第１ないし第３レンズ群の非球面レンズ（面番号１，２，６，７，１４，１５が非球面であり、表２ないし表７が順に対応する。）を設計する際に数９にて示される非球面式に代入されるパラメータの値を示す表である。なお、数９においてεは２次曲面パラメータであり、Ａ〜Ｅは非球面の形状を決定するためのパラメータであり、ｒは近軸曲率半径である。表８はズームレンズのズーミングに係る諸数値を示す表である。
【００４４】
【表１】
2004258311.tif 000009
【００４５】
【数９】
2004258311.tif 000010
【００４６】
【表２】
2004258311.tif 000011
【００４７】
【表３】
2004258311.tif 000012
【００４８】
【表４】
2004258311.tif 000013
【００４９】
【表５】
2004258311.tif 000014
【００５０】
【表６】
2004258311.tif 000015
【００５１】
【表７】
2004258311.tif 000016
【００５２】
【表８】
2004258311.tif 000017
【００５３】
図２ないし図４は順に、第１実施例に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ球面収差、像面湾曲収差、歪曲収差および倍率色収差を示す。
【００５４】
なお、（ａ）における実線および一点鎖線はｄ線およびｇ線における球面収差を示し、破線は正弦条件違反量を示す。（ｂ）における実線および一点鎖線はｄ線およびｇ線のサジタル像面における像面湾曲収差を示し、短い破線および長い破線はｄ線およびｇ線のメリディオナル像面における像面湾曲収差を示す。他の実施例の収差図においても同様である。
【００５５】
表９は第２実施例における各レンズの設計値を示す表であり、表１０ないし表１４は非球面レンズ（面番号１，２，６，１４，１５が非球面であり、表１０ないし表１４が順に対応する。）を設計する際に数９にて示される非球面式に代入されるパラメータの値を示す表である。表１５はズームレンズのズーミングに係る諸数値を示す表である。
【００５６】
【表９】
2004258311.tif 000018
【００５７】
【表１０】
2004258311.tif 000019
【００５８】
【表１１】
2004258311.tif 000020
【００５９】
【表１２】
2004258311.tif 000021
【００６０】
【表１３】
2004258311.tif 000022
【００６１】
【表１４】
2004258311.tif 000023
【００６２】
【表１５】
2004258311.tif 000024
【００６３】
図５ないし図７は順に、第２実施例に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ球面収差、像面湾曲収差、歪曲収差および倍率色収差を示す。
【００６４】
表１６は第３実施例における各レンズの設計値を示す表であり、表１７ないし表２１は非球面レンズ（面番号１，２，６，１４，１５が非球面であり、表１７ないし表２１が順に対応する。）を設計する際に数９にて示される非球面式に代入されるパラメータの値を示す表である。表２２はズームレンズのズーミングに係る諸数値を示す表である。
【００６５】
【表１６】
2004258311.tif 000025
【００６６】
【表１７】
2004258311.tif 000026
【００６７】
【表１８】
2004258311.tif 000027
【００６８】
【表１９】
2004258311.tif 000028
【００６９】
【表２０】
2004258311.tif 000029
【００７０】
【表２１】
2004258311.tif 000030
【００７１】
【表２２】
2004258311.tif 000031
【００７２】
図８ないし図１０は順に、第３実施例に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ球面収差、像面湾曲収差、歪曲収差および倍率色収差を示す。
【００７３】
表２３は第４実施例における各レンズの設計値を示す表であり、表２４ないし表２８は非球面レンズ（面番号１，２，６，１４，１５が非球面であり、表２４ないし表２８が順位に対応する。）を設計する際に数９にて示される非球面式に代入されるパラメータの値を示す表である。表２９はズームレンズのズーミングに係る諸数値を示す表である。
【００７４】
【表２３】
2004258311.tif 000032
【００７５】
【表２４】
2004258311.tif 000033
【００７６】
【表２５】
2004258311.tif 000034
【００７７】
【表２６】
2004258311.tif 000035
【００７８】
【表２７】
2004258311.tif 000036
【００７９】
【表２８】
2004258311.tif 000037
【００８０】
【表２９】
2004258311.tif 000038
【００８１】
図１１ないし図１３は、第４実施例に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差を示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ球面収差、像面湾曲収差、歪曲収差および倍率色収差を示す。
【００８２】
表３０は第１ないし第４実施例における数５ないし数７の数式部分の値を示す表である。
【００８３】
【表３０】
2004258311.tif 000039
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、ズームレンズの性能を維持しつつ使用時および収納時ともにコンパクト化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ズームレンズの構成を示す図である。
【図２】第１実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す図である。
【図３】第１実施例のズームレンズの中間位置における諸収差を示す図である。
【図４】第１実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す図である。
【図５】第２実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す図である。
【図６】第２実施例のズームレンズの中間位置における諸収差を示す図である。
【図７】第２実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す図である。
【図８】第３実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す図である。
【図９】第３実施例のズームレンズの中間位置における諸収差を示す図である。
【図１０】第３実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す図である。
【図１１】第４実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す図である。
【図１２】第４実施例のズームレンズの中間位置における諸収差を示す図である。
【図１３】第４実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す図である。
【符号の説明】
１  ズームレンズ
１１  第１レンズ群
１２  第２レンズ群
１３  第３レンズ群
２１  負レンズ
２２  正レンズ
３１  正レンズ
３２  負レンズ
３３  負メニスカスレンズ
３４  正レンズ
４１  正レンズ
【図１】
2004258311.tif 000042
【図２】
2004258311.tif 000043
【図３】
2004258311.tif 000044
【図４】
2004258311.tif 000045
【図５】
2004258311.tif 000046
【図６】
2004258311.tif 000047
【図７】
2004258311.tif 000048
【図８】
2004258311.tif 000049
【図９】
2004258311.tif 000050
【図１０】
2004258311.tif 000051
【図１１】
2004258311.tif 000052
【図１２】
2004258311.tif 000053
【図１３】
2004258311.tif 000054