(57)【要約】【課題】高変倍比を有し、例えば高画素の固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有するズームレンズを得ること。【解決手段】物体側より像側へ順に、負の屈性力の第１レンズ群Ｌ１、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側へ移動する正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を有し、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の間隔が小さくなるズームレンズであって、第１レンズ群Ｌ１は、物体側より像側へ順に、レンズ中心部からレンズ周辺部にかけて負の屈折力が弱くなる形状の非球面を有する負の屈折力の第１１レンズ、物体側の面が凸形状でメニスカス形状より成る負の屈折力の第１２レンズ、正の屈折力の第１３レンズを有し、第１１レンズと第１２レンズの材料の屈折率を適切に定めた。【選択図】        図１
2005062227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より像側へ順に、負の屈性力の第１レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側へ移動する正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズであって、該第１レンズ群は物体側より像側へ順に、レンズ中心部からレンズ周辺部にかけて負の屈折力が弱くなる形状の非球面を有する負の屈折力の第１１レンズ、物体側の面が凸のメニスカス形状より成る負の屈折力の第１２レンズ、正の屈折力の第１３レンズを有し、該第１１レンズと該第１２レンズの材料の屈折率を各々Ｎｇ１、Ｎｇ２とするとき、
１．７８＜Ｎｇ１
１．７５＜Ｎｇ２
なる条件式を満足する事を特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
ズーミングに際して、前記第１、第３レンズ群は移動することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
広角端と望遠端のズーム位置における前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を各々ｄ１ｗ，ｄ１ｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
２．５＜（ｄ１ｗ−ｄ１ｔ）／ｆｗ＜５．０
なる条件式を満足する事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１レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際して像側に凸形状の軌跡の一部に沿って移動す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】
ズーミングに際して、前記第２レンズ群と一体的に移動する開口絞りを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項６】
前記第１１レンズは物体側の面が凸でメニスカス形状より成り、前記第１３レンズは物体側の面が凸のメニスカス形状より成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】
前記１１レンズに設けた非球面は像側の面であ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レンズ群は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第２１レンズ、正の屈折力の第２２レンズと負の屈折力の第２３レンズとを接合した、非球面を含む接合レンズより成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】
前記第３レンズ群は、負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズとを接合した接合レンズより成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】
前記第３レンズ群の像側に、正の屈折力の第４レンズ群を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１１】
前記第４レンズ群は正の屈折力の単一レンズより成ることを特徴とする請求項１０のズームレンズ。
【請求項１２】
光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する光電変換素子を有していることを特徴とする撮像装置。
【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に関し、特にビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮影光学系に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の高機能化にともない、それらに用いる撮影光学系としてコンパクトで高解像なズームレンズが要求されている。
【０００３】
一般にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のＣＣＤセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置（光学機器）に、使用されるズームレンズとして、最も物体側のレンズ群がズーミング中固定された、正、負、正の屈折力のレンズ群で始まる３〜５群のレンズタイプが知られている（例えば特許文献１、２）。
【０００４】
一方、固体撮像素子を用いて静止画を撮影する、デジタル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。
【０００５】
変倍比２．５〜３倍程度の比較的低倍率の変倍比であっても、広角域を含み、明るく、高性能が得られるレンズとして、負、正の屈折力の２つのレンズ群を有し、各レンズ群の空気間隔の変化によって変倍するズームレンズが知られている（例えば引用文献３）。
【０００６】
負、正、正の屈折力の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群と第３群の間隔が広がるズームレンズが知られている（例えば引用文献４）。
【０００７】
負、正、正の屈折力の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群と第３群の間隔が減少するズームレンズが知られている（例えば引用文献５）。
【０００８】
負、正、正、正の屈折力の４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群と第３群の間隔が減少し、第４群がズーミング中固定されたズームレンズが知られている（例えば引用文献６）。
【０００９】
物体側より順に、負、正、正の屈折力を有するズームレンズで第１レンズ群中に３枚以上のレンズを有し、かつ１以上の非球面を有するズームレンズが知られている（例えば引用文献７、８）。
【特許文献１】
特開昭６３−８１３１３号公報
【特許文献２】
特開平３−２９６７０６号公報
【特許文献３】
特公平６−６６００８号公報
【特許文献４】
特開平７−５２２５６号公報
【特許文献５】
米国特許第５４３４７１０号公報
【特許文献６】
特開昭６０−３１１１０号公報
【特許文献７】
特開平１０−２１３７４５号公報
【特許文献８】
特開２００１−１００９８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いるズームレンズとして撮像装置の小型化と撮像素子の高画素化に伴って、高い光学性能を有しかつレンズ系全体が小型のものが要望されている。又、ビデオカメラで高画質で静止画像を記録することが望まれてきており、高い光学性能でありながら小型なレンズ系が要求されている。
【００１１】
一般にネガティブリード型のズームレンズにおいて、レンズ系全体のレンズ枚数を少なくし、レンズ構成の簡素化を図りつつ、広画角化を図りつつ全ズーム域にわたり良好なる光学性能を得るには、各レンズ群の屈折力配置、各レンズ群のレンズ構成、そして非球面を用いるときは非球面を設ける面等を適切に設定する必要がある。
【００１２】
各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成や非球面を設ける面の選択が不適切であると非球面を設けた効果が少なく、ズーミングに伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得るのが難しくなってくる。
【００１３】
本発明は、高変倍比で、例えば高画素の固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有するズームレンズの提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のズームレンズは、
物体側より像側へ順に、負の屈性力の第１レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側へ移動する正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、広角端に対し望遠端での該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズであって、該第１レンズ群は物体側より像側へ順に、レンズ中心部からレンズ周辺部にかけて負の屈折力が弱くなる形状の非球面を有する負の屈折力の第１１レンズ、物体側の面が凸のメニスカス形状より成る負の屈折力の第１２レンズ、正の屈折力の第１３レンズを有し、該第１１レンズと該第１２レンズの材料の屈折率を各々Ｎｇ１、Ｎｇ２とするとき、
１．７８＜Ｎｇ１
１．７５＜Ｎｇ２
なる条件式を満足する事を特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態１のズームレンズのレンズ断面図、図２、図３、図４はそれぞれ実施形態１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００１７】
図５は本発明の実施形態２のズームレンズのレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ実施形態２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００１８】
図９は本発明の実施形態３のズームレンズのレンズ断面図、図１０、図１１、図１２はそれぞれ実施形態３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００１９】
図１３は本発明の実施形態４のズームレンズのレンズ断面図、図１４、図１５、図１６はそれぞれ実施形態４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２０】
図１７、図１８は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。
【００２１】
図１、図５、図９、図１３のレンズ断面図において、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間のズーム位置、（Ｃ）は望遠端のレンズ断面図を示している。
【００２２】
各実施形態のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）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、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の物体側に位置している。
【００２３】
Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれる。
【００２４】
収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリジオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００２５】
尚、以下の各実施形態において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
【００２６】
尚、図９の実施形態４は、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３とが一体的に移動している。この為、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３とを１つのレンズ群として見做し、全体として負、正、正の屈折力のレンズ群の３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。
【００２７】
ここでは便宜上、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３とを各々独立のレンズ群と見做し、全体として４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にする。
【００２８】
各実施形態において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は、広角端のズーム位置から中間のズーム位置までは像側へ移動し、中間のズーム位置から望遠端のズーム位置までは物体側へ移動する。即ち像側に凸状の軌跡の一部を有するように移動する。第２レンズ群Ｌ２は、物体側へ移動し、第３レンズ群Ｌ３は物体側へ移動する。
【００２９】
各実施形態では、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の間隔が小さくなるように第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２が移動している。第３レンズ群Ｌ３は実施形態１〜３では、物体側へ独立に移動し、実施形態４は第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動している。第４レンズ群Ｌ４はズーミングのためには移動しない。
【００３０】
開口絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に配置され、ズーミングに際し第２レンズ群Ｌ２と一体で移動することでメカ構造の簡素化を達成している。
【００３１】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、第３レンズ群Ｌ３を物体側へ繰り出すことによって行っている。
【００３２】
第１レンズ群Ｌ１は、物体側より像側へ順に、、像側の面がレンズ中心部からレンズ周辺部にかけて負の屈折力が弱くなる形状の非球面より成り、物体側の面が凸のメニスカス形状の負の屈折力の第１１レンズ、物体側の面が凸のメニスカス形状より成る負の屈折力の第１２レンズ、物体側の面が凸のメニスカス形状より成る正の屈折力の第１３レンズを有している。
【００３３】
第２レンズ群Ｌ２は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第２１レンズ、物体側の面が非球面より成る正の屈折力の第２２レンズと負の屈折力の第２３レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００３４】
第３レンズ群Ｌ３は、物体側の面が凸のメニスカス形状より成る負の屈折力のレンズと両レンズ面が凸形状の正の屈折力のレンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００３５】
第４レンズ群Ｌ４は正の屈折力の単一レンズより成っている。実施形態１では、第４レンズ群Ｌ４を像側の面が平面より成る凸平レンズより構成し、光電変換素子とレンズ系との間に設けるローパスフィルター等の光学フィルターと接合している。
【００３６】
各実施形態では、第１１レンズと該第１２レンズの材料の屈折率を各々Ｎｇ１、Ｎｇ２とするとき、
１．７８＜Ｎｇ１      ・・・・・・・（１）
１．７５＜Ｎｇ２      ・・・・・・・（２）
なる条件式を満足している。
【００３７】
条件式（１）は第１１レンズの材料の屈折率に関するものである。条件式（１）の下限値を超えて第１１レンズの材料の屈折率が低くなりすぎると、広角側のズーム領域において像面湾曲の補正が困難となってくるので良くない。
【００３８】
条件式（２）は第１２レンズの材料の屈折率に関するものである。条件式（２）の下限値を超えて第１２レンズの材料の屈折率が低くなりすぎると、条件式（１）と同様に広角側のズーム領域において像面湾曲の補正が困難となってくるので良くない。
【００３９】
更に好ましくは条件式（１），（２）の数値を次の如く設定するのが良い。
【００４０】
１．８０＜Ｎｇ１      ・・・・・・・（１ａ）
１．８２＜Ｎｇ２      ・・・・・・・（２ａ）
各実施形態において、広角端と望遠端のズーム位置における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を各々ｄ１ｗ，ｄ１ｔ、広角端のズーム位置における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
２．５＜（ｄ１ｗ−ｄ１ｔ）／ｆｗ＜５．０  ・・・・・（３）
なる条件式を満足している。
【００４１】
条件式（３）は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔変化を、広角端の焦点距離で正規化したものである。条件式（３）の上限値を超えて第１レンズ群Ｌ１と、第２レンズ群Ｌ２の間隔変化が大きくなりすぎると、広角側のズーム領域において、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の距離が増大し、前玉径が大きくなるため、レンズ系全体が大型化してくるので良くない。
【００４２】
条件式（３）の下限値を超えて第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔変化が小さく成り過ぎると、所定の変倍比を確保するために各レンズ群の光学的パワーを強めなければならず、この結果ズーム全域において諸収差を良好に補正する事が困難になってくるので良くない。
【００４３】
更に好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４４】
３．２＜（ｄ１ｗ−ｄ１ｔ）／ｆｗ＜４．５  ・・・・・（３ａ）
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、
【００４５】
【数１】
2005062227.tif 000003
【００４６】
で表される。但しＲは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面係数である。
【００４７】
又、［ｅ−０Ｘ］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。
【００４８】
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。
【００４９】
【外１】
2005062227.tif 000004
【００５０】
【外２】
2005062227.tif 000005
【００５１】
【外３】
2005062227.tif 000006
【００５２】
【外４】
2005062227.tif 000007
【００５３】
【表１】
2005062227.tif 000008
【００５４】
以上のように、各実施形態によれば、負、正、正の屈折力のレンズ群を有する３群以上のズームレンズにおいて、各レンズ群のレンズ構成、非球面の位置、ズーミングの為の移動方法等を最適に配置し、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、広角端で７０度以上の広画角を有し、３〜４倍程度の変倍比を有しつつ、明るく、高い光学性能を有し、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に適したズームレンズを達成している。
【００５５】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラとデジタルスチルカメラの実施形態を図１７、図１８を用いて説明する。
【００５６】
図１７において、１０はビデオカメラ本体、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は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００５７】
図１８において、２０はカメラ本体、２１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、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光学変換素子）、２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。
【００５８】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、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撮像装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のズームレンズの光学断面図。
【図２】実施形態１のズームレンズの広角端での収差図。
【図３】実施形態１のズームレンズの中間のズーム位置での収差図。
【図４】実施形態１のズームレンズの望遠端での収差図。
【図５】実施形態２のズームレンズの光学断面図。
【図６】実施形態２のズームレンズの広角端での収差図。
【図７】実施形態２のズームレンズの中間のズーム位置での収差図。
【図８】実施形態２のズームレンズの望遠端での収差図。
【図９】実施形態３のズームレンズの光学断面図。
【図１０】実施形態３のズームレンズの広角端での収差図。
【図１１】実施形態３のズームレンズの中間のズーム位置での収差図。
【図１２】実施形態３のズームレンズの望遠端での収差図。
【図１３】実施形態４のズームレンズの光学断面図。
【図１４】実施形態４のズームレンズの広角端での収差図。
【図１５】実施形態４のズームレンズの中間のズーム位置での収差図。
【図１６】実施形態４のズームレンズの望遠端での収差図。
【図１７】本発明の撮像装置の要部概略図。
【図１８】本発明の撮像装置の要部概略図。
【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
Ｌ４  第４レンズ群
ＳＰ  絞り
ＩＰ  像面
Ｇ    ガラスブロック
ｄ    ｄ線
ｇ    ｇ線
ΔＳ  サジタル像面
ΔＭ  メリディオナル像面
【図１】
2005062227.tif 000009
【図２】
2005062227.tif 000010
【図３】
2005062227.tif 000011
【図４】
2005062227.tif 000012
【図５】
2005062227.tif 000013
【図６】
2005062227.tif 000014
【図７】
2005062227.tif 000015
【図８】
2005062227.tif 000016
【図９】
2005062227.tif 000017
【図１０】
2005062227.tif 000018
【図１１】
2005062227.tif 000019
【図１２】
2005062227.tif 000020
【図１３】
2005062227.tif 000021
【図１４】
2005062227.tif 000022
【図１５】
2005062227.tif 000023
【図１６】
2005062227.tif 000024
【図１７】
2005062227.tif 000025
【図１８】
2005062227.tif 000026