(57)【要約】【課題】レンズ全長の短縮化を図った携帯性にすぐれた電子スチルカメラに好適な３群よりなるズームレンズ及びそれを有する光学機器を得ること。【解決手段】物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、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、ズーミングの際、該第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、物体側より順に、独立した正レンズと負レンズを有し、無限遠物体に合焦しているときの該第２レンズ群と第３レンズ群との広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３Ｗ、ｄ２３Ｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、０．２　＜　ｄ２３Ｗ／ｆｗ　＜　１．００．２　＜　ｄ２３Ｔ／ｆｗ　＜　１．０を満足すること。【選択図】　　　　図１
2004037700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、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、ズーミングの際、該第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
該第２レンズ群は、最も物体側に絞りを配し、物体側より順に、独立した正レンズと負レンズからなり、無限遠物体に合焦しているときの該第２レンズ群と第３レンズ群との広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３Ｗ、ｄ２３Ｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２　＜　ｄ２３Ｗ／ｆｗ　＜　１．０
０．２　＜　ｄ２３Ｔ／ｆｗ　＜　１．０
を満足す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、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側のレンズ面が大きく、非球面を含む負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより成ることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３レンズ群は、単一の正レンズより成ることを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群の正レンズと負レンズは、各々非球面を有していることを特徴とする請求項１、２又は３のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群でフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１、２、３又は４のズームレンズ。
【請求項６】
前記第２レンズ群の正レンズの像側のレンズ面から該第２レンズ群の負レンズの像側のレンズ面までの距離をＤ２ａとするとき、
０．１　＜　Ｄ２ａ／ｆｗ　＜　０．３
の条件式を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項７】
広角端に対し望遠端での前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が小さく、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が一定又は大きくなるようにレンズ群を移動させていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項８】
前記第２レンズ群中の正レンズの材料のアッベ数をνｐ、負レンズの材料のアッベ数をνｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ
の条件式を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項９】
撮像素子に像を形成する為の光学系であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴とする光学機器。
【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、フィルム用カメラ等に好適な小型で広画角のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に撮影画角の広角化を図ると共に、レンズ全長の短縮化を図った携帯性に優れたズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルカメラ、電子スチルカメラ等のカメラ（光学機器）の小型化及び高機能化に伴い、それに用いる光学系には高い光学性能と小型化であることが求められている。
【０００３】
一般に、ＣＣＤを用いて静止画を撮影する、電子スチルカメラ用のズームレンズとしては、レンズ全長が極めて短く、又、静止画の特性上、広画角であり、更には動画のビデオカメラに用いるズームレンズよりも高い光学性能を有する光学系が要望されている。
【０００４】
特開平７−５２２５６号公報では負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が広がるズームレンズが提案されている。
【０００５】
米国特許第５４３４７１０号では負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が減少するズームレンズが開示されている。
【０００６】
特開２０００−１４７３８１号公報、特開２０００−１３７１６４号公報、米国特許第４４６５３４３号では負、正、正の屈折力のレンズ群を有し、第２レンズ群でフォーカシングを行うズームレンズが提案されている。
【０００７】
特開平１１−８４２４３号公報、特開２０００−２８４１７７号公報、特開２０００−１３７１６４号公報、特開２０００−１４７３８１号公報では、負、正、正の屈折力のレンズ群を有しズーミングに際し、第２レンズ群、第３レンズ群の間隔を変化させたズームレンズが提案されている。
【０００８】
特開２０００−９９９７号公報では、負、正の屈折力のレンズ群を有し、第２レンズ群は正の屈折力の第２ａ群、正の屈折力の第２ｂ群からなり、第２ｂ群にてフォーカシングを行うズームレンズが提案されている。
【０００９】
特開２０００−００９９９９号公報、特開平１０−２１３７４５号公報、特開平９−２５８１０３号公報、特開平１１−５２２３７号公報では、負、正、正の屈折力のレンズ群を有し、第２レンズ群を正、負の２枚のレンズにて構成されたズームレンズが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いるズームレンズには、小型でかつ高い光学性能を有するレンズ系が要望されている。
【００１１】
前記した物体側から順に、負、正、正の屈折力のレンズ群配置の３群ズームレンズは、広画角用のズームレンズに好適であるが、広画角化に伴いズーミングにおける収差変動が増加する傾向があった。
【００１２】
本発明は、構成レンズ枚数の少なく、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
この他本発明は、負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、全系のレンズ枚数が少なく、レンズ系全体が小型で高い光学性能を有したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適したズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１４】
この他本発明は、負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、各レンズ群のレンズ構成、非球面の位置、ズーミングの際の移動方法等を最適に配置し、又フォーカシング方法を最適に設定する事により、レンズ枚数の削減を計り、レンズ全長の短縮化を達成したにもかかわらず、２倍程度の変倍比を有し、明るく、高い光学性能を有し、広角域を含んだ、デジタルスチルカメラに適したズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、
物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、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、ズーミングの際、該第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
該第２レンズ群は、最も物体側に絞りを有し、物体側より順に、独立した正レンズと負レンズをから成り、無限遠物体に合焦しているときの該第２レンズ群と第３レンズ群との広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３Ｗ、ｄ２３Ｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２　＜　ｄ２３Ｗ／ｆｗ　＜　１．０
０．２　＜　ｄ２３Ｔ／ｆｗ　＜　１．０
を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記第１レンズ群は、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側のレンズ面が大きく、非球面を含む負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより成ることを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記第３レンズ群は、単一の正レンズより成ることを特徴としている。
【００１８】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記第２レンズ群の正レンズと負レンズは、各々非球面を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項５の発明は請求項１、２、３又は４の発明において、
前記第３レンズ群でフォーカシングを行うことを特徴としている。
【００２０】
請求項６の発明は請求項１から５の発明において、
前記第２レンズ群の正レンズの像側のレンズ面から該第２レンズ群の負レンズの像側のレンズ面までの距離をＤ２ａとするとき、
０．１　＜　Ｄ２ａ／ｆｗ　＜　０．３
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項７の発明は請求項１から６の発明において、
広角端に対し望遠端での前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が小さく、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が一定又は大きくなるようにレンズ群を移動させていることを特徴としている。
【００２２】
請求項８の発明は請求項１から７の発明において、
前記第２レンズ群中の正レンズの材料のアッベ数をνｐ、負レンズの材料のアッベ数をνｎとするとき、
１５＜νｐ−νｎ
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項９の発明は請求項１から８の発明において、
撮像素子に像を形成する為の光学系であることを特徴としている。
【００２４】
請求項１０の発明の光学機器は、
請求項１から９のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の実施形態１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２６】
図５は本発明の実施形態２のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の実施形態２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２７】
図９は本発明の実施形態３のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の実施形態３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２８】
図１３は本発明の実施形態４のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１４〜図１６は本発明の実施形態４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２９】
図１，５，９，１３に示した各実施形態のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第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、ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の物体側に配置している。ＩＰは像面であり、撮像素子が配置されている。Ｇはフィルターやフェースプレート等に相当するガラスブロックである。収差図において、ｄはｄ線、ｇはｇ線、ΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表わしている。
【００３０】
図１、５、９の実施形態１、２、３では、広角端に対し望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が大きくなるように、広角端から望遠端へのズーミングに際し、矢印の如く第１レンズ群Ｌ１を像側に凸状の軌跡の一部を有するように又、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。
【００３１】
図１３の実施形態４では、ズーミングの際、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３とを一体化し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔が小さくなるように、矢印の如く第１レンズ群Ｌ１を像側に凸状の軌跡の一部を有するように、又、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。
【００３２】
尚、図１３の実施形態４では、負の屈折力の前群（第１レンズ群Ｌ１）と正の屈折力の後群（第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３）の２つのレンズ群より成るズームレンズとして取り扱うこともできる。
【００３３】
実施形態１〜４では、ズーミングに際して、第１レンズ群が広角端でのレンズ全長が望遠端でのレンズ全長に比べて長くなるように往復状に移動している。絞りＳＰは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。
【００３４】
各実施形態のズームレンズでは、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２（実施形態３では第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３）を移動させることにより主な変倍を行い、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を移動させることによって変倍に伴う像点の移動を補正している。正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３は、撮像素子の小型化に伴う撮影レンズ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すことで、特に第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。
【００３５】
フォーカスは小型軽量の第３レンズ群Ｌ３を移動させて行なう、所謂インナーフォーカス式を採用することにより、迅速なるフォーカスを容易にし、かつ、レンズ構成を適切に設定することにより、フォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。
【００３６】
第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、独立した正レンズと負レンズを有し、無限遠物体に合焦しているときの該第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３Ｗ、ｄ２３Ｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第２レンズ群Ｌ２の正レンズの像側のレンズ面から第２レンズ群Ｌ２の負レンズの像側のレンズ面までの距離をＤ２ａ、第２レンズ群Ｌ２の正レンズの材料のアッベ数をνｐ、負レンズの材料のアッベ数をνｎとするとき、
０．２　＜　ｄ２３Ｗ／ｆｗ　＜　１．０　・・・（１）
０．２　＜　ｄ２３Ｔ／ｆｗ　＜　１．０　・・・（２）
０．１　＜　Ｄ２ａ／ｆｗ　＜　０．３　・・・（３）
１５　＜νｐ−νｎ　・・・（４）
の条件式の１以上を満足している。
【００３７】
次に各条件式の意味について説明する。
【００３８】
条件式（１）、（２）は広角端及び望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔ｄ２３Ｗ、ｄ２３Ｔを広角端の焦点距離ｆｗで規格化したものであり、主に収差補正を良好に行いつつ、レンズ系全体の小型化を図る為のものである。
【００３９】
条件式（１）、（２）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が大きくなりすぎると、第２レンズ群Ｌ２全体が大型化し、レンズ全系が大型化してくるので良くない。
【００４０】
条件式（１）の下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小さくなりすぎると、広角端において射出瞳位置が短くなり過ぎるので、シェーデイングの影響が大きくなるので良くない。
【００４１】
条件式（２）の下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小さくなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３でフォーカシングを行った際、近距離物体で第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が機構的に干渉してくるので良くない。
【００４２】
条件式（３）は第２レンズ群Ｌ２中の正レンズの像側の面から、負レンズの像側の面（非球面）までの距離Ｄ２ａに関するもので、条件式（３）の下限値を超えて距離Ｄ２ａが小さくなり過ぎると、広角域における画面周辺のコマ収差の補正が困難になってくる。
【００４３】
条件式（３）の上限値を超えて、距離Ｄ２ａが大きくなり過ぎると、第２レンズ群Ｌ２全体の軸上厚が大きくなるので、沈胴厚が大きくなってしまうので良くない。
【００４４】
条件式（４）は、第２レンズ群Ｌ２において、正レンズの材料に高屈折率、低分散レンズ、負レンズの材料に高屈折率、高分散レンズを使用する事により、全ズーム域における軸上色収差を良好に補正する為のものである。条件式（４）を外れる軸上色収差の補正が不十分となってくる。
【００４５】
尚、各実施形態において更に好ましくは、条件式（１）〜（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４６】
０．３　＜　ｄ２３ｗ／ｆｗ　＜　０．６　・・・（１）’
０．３　＜　ｄ２３ｗ／ｆｗ　＜　０．８　・・・（２）’
０．１５　＜　Ｄ２ａ／ｆｗ　＜　０．２５　・・・（３）’
２０　＜νｐ−νｎ　・・・（４）’
各実施形態において第１レンズ群Ｌ１は、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側のレンズ面が大きく、非球面を含む物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより成っている。
【００４７】
第２レンズ群Ｌ２の正レンズは屈折力の絶対値が像側に比べ物体側のレンズ面が大きい形状より成り、又負レンズは屈折力の絶対値が、物体側に比べ像側のレンズ面が大きい形状より成っている。
【００４８】
第２レンズ群Ｌ２の正レンズと負レンズは、各々非球面を有している。第３レンズ群Ｌ３は、単一の正レンズより成っている。
【００４９】
以下に、本発明の実施形態１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２つの面は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ガラスブロックＧ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、
【００５０】
【数１】
2004037700.tif 000003
【００５１】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。
【００５２】
又、［ｅ−Ｘ］は「×１０−Ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
【００５３】
【外１】
2004037700.tif 000004
【００５４】
【外２】
2004037700.tif 000005
【００５５】
【外３】
2004037700.tif 000006
【００５６】
【外４】
2004037700.tif 000007
【００５７】
【表１】
2004037700.tif 000008
【００５８】
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の実施形態を図１７を用いて説明する。
【００５９】
図１７において、１０はカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。
【００６０】
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光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、構成レンズ枚数の少なく、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【００６２】
この他本発明によれば、負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、全系のレンズ枚数が少なく、レンズ系全体が小型で高い光学性能を有したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適したズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【００６３】
この他本発明によれば、負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、各レンズ群のレンズ構成、非球面の位置、ズーミングの際の移動方法等を最適に配置し、又フォーカシング方法を最適に設定する事により、レンズ枚数の削減を計り、レンズ全長の短縮化を達成したにもかかわらず、２倍程度の変倍比を有しつつ、明るく、高い光学性能を有し、広角域を含んだ、デジタルスチルカメラに適したズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のズームレンズの数値実施例１の光学断面図。
【図２】数値実施例１の広角端での収差図。
【図３】数値実施例１の中間のズーム位置での収差図。
【図４】数値実施例１の望遠端での収差図。
【図５】本発明のズームレンズの数値実施例２の光学断面図。
【図６】数値実施例２の広角端での収差図。
【図７】数値実施例２の中間のズーム位置での収差図。
【図８】数値実施例２の望遠端での収差図。
【図９】本発明のズームレンズの数値実施例３の光学断面図。
【図１０】数値実施例３の広角端での収差図。
【図１１】数値実施例３の中間のズーム位置での収差図。
【図１２】数値実施例３の望遠端での収差図。
【図１３】本発明のズームレンズの数値実施例４の光学断面図。
【図１４】数値実施例４の広角端での収差図。
【図１５】数値実施例４の中間のズーム位置での収差図。
【図１６】数値実施例４の望遠端での収差図。
【図１７】本発明の光学機器の概略図。
【符号の説明】
Ｌ１　　第１レンズ群
Ｌ２　　第２レンズ群
Ｌ３　　第３レンズ群
ＳＰ　　絞り
ＩＰ　　像面
ｄ　　　ｄ線
ｇ　　　ｇ線
ΔＳ　　サジタル像面
ΔＭ　　メリディオナル像面
Ｇ　　　ガラスブロック
【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】
2004037700.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004037700.tif 000020
【図１３】
2004037700.tif 000021
【図１４】
2004037700.tif 000022
【図１５】
2004037700.tif 000023
【図１６】
2004037700.tif 000024
【図１７】
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