(57)【要約】【課題】  物体側から順に負、正、正の変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を得る。【解決手段】  短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動であり、次の条件式（１）ないし（３）を満足する変倍光学系。（１）３．０＜ｆ３／ｆ２＜３．５（２）１．４＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．０（３）０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．５但し、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離、ｆｗ：短焦点距離端での全系の焦点距離、ｆｔ：長焦点距離端での全系の焦点距離。【選択図】  図１
2005077771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する変倍光学系において、
変倍時に、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動であり、
次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴とする変倍光学系。
（１）３．０＜ｆ３／ｆ２＜３．５
（２）１．４＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．０
（３）０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．５
但し、
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離、
ｆｗ：短焦点距離端での全系の焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離端での全系の焦点距離。
【請求項２】
請求項１記載の変倍光学系において、次の条件式（４）を満足する変倍光学系。
（４）１．０＜Ｔ２／ｙmax＜２．０
但し、
Ｔ２：第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離、
ｙmax：最大像高。
【請求項３】
請求項１または２記載の変倍光学系において、第１レンズ群は像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる変倍光学系。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の変倍光学系において、第２レンズ群は、物体側から順に位置する、正レンズと負レンズの２枚のレンズからなる変倍光学系。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の変倍光学系において、第３レンズ群は正の単レンズからなる変倍光学系。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の変倍光学系において、短焦点距離端と長焦点距離端における像面に対する第１レンズ群の位置が同一である変倍光学系。
【請求項７】
物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する変倍光学系において、
変倍時に、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動であり、
次の条件式（４）を満足することを特徴とする変倍光学系。
（４）１．０＜Ｔ２／ｙmax＜２．０
但し、
Ｔ２：第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離、
ｙmax：最大像高。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電子スチルカメラ（デジタルカメラ）用いられる、広角域を含み、変倍比（ズーム比）３倍程度を有する変倍光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラは、単体としてのカメラのみならず、情報携帯端末（ＰＤＡ）、携帯電話等に搭載されつつある。これらのデジタルカメラに用いられるＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（撮像モジュール）は非常に小型なものが要求されるため、撮像素子は比較的有効撮像エリアの小さいものが使われることが多く、光学系のレンズ枚数も少ないものが多い。
【０００３】
レンズ枚数の少ない小型ズームレンズとしては、負レンズ先行型いわゆるネガティブリード型のレンズ系が良く用いられる。これらのレンズ系では短焦点距離端の広角化と像側テレセントリック性を保ちやすいという特徴がある。例えば、特開２００２-８２２８４号公報、特開２００２−５５２７８号公報、特開２００２-１４２８４号公報、特開平１１−２３７５４９号公報、特開平１０-２０６７３２号公報などの負正正の３成分からなる３群ズームレンズなどである。
【０００４】
このうち、特開２００２-８２２８４号公報では、変倍群である第２レンズ群が２枚の正レンズから構成されているため、変倍群内での色収差の補正ができない。
【０００５】
特開２００２−５５２７８号公報では、第３レンズ群は弱い正パワーを持っている。しかし変倍に寄与しているのは主に第１レンズ群と第２レンズ群であり、第３レンズ群は変倍には寄与していないため、十分に小型化されていないという問題がある。
【０００６】
特開２００２-１４２８４号公報は、第１レンズ群が２枚以上のレンズを含むため、収差は良好に補正できるが十分な小型化が達成できない。
【０００７】
特開平１１−２３７５４９号公報は、各レンズ群特に第２レンズ群のパワーが弱いため第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔が広く、光学系の全長が長いという問題がある。
【０００８】
特開平１０-２０６７３２号公報は、第２レンズ群が３枚のレンズで構成されており、十分な小型化が達成できない。
【０００９】
変倍光学系の全長を短縮するためには、各レンズ群のパワーを大きくしてズーム移動量を小さくすればよいが、一般的にレンズ群のパワーを大きくすると発生する収差が大きくなり、ズーム全域にわたり諸収差を良好に補正することが難しくなる。
【特許文献１】特開２００２-８２２８４号公報
【特許文献２】特開２００２-５５２７８号公報
【特許文献３】特開２００２-１４２８４号公報
【特許文献４】特開平１１-２３７５４９号公報
【特許文献５】特開平１０-２０６７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の問題意識に基づき、物体側から順に負、正、正の変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する変倍光学系において、変倍時に、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動であり、
次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴としている。
（１）３．０＜ｆ３／ｆ２＜３．５
（２）１．４＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜２．０
（３）０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．５
但し、
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離、
ｆｗ：短焦点距離端での全系の焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離端での全系の焦点距離、
である。
なお、「変倍光学系」とは光学系の一部の群を光軸方向に移動することによって、焦点距離を変化させることができる光学系を意味する。
【００１２】
本発明の変倍光学系は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）１．０＜Ｔ２／ｙmax＜２．０
但し、
Ｔ２：第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離、
ｙmax：最大像高、
である。
【００１３】
第１レンズ群は像側に凹面を向けた負のメニスカス単レンズから構成するのがよい。第２レンズ群は、正レンズと負レンズの２枚のレンズから構成するのがよい。第３レンズ群は正の単レンズから構成するのがよい。
【００１４】
本発明による変倍光学系では、短焦点距離端と長焦点距離端における像面に対する第１レンズ群の位置を同一とすると、第２レンズ群を両移動端に移動させるだけで、２焦点距離の切替レンズ系を得ることができる。
【００１５】
本発明は、別の態様によると、物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する変倍光学系において、変倍時に、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動であり、次の条件式（４）を満足することを特徴としている。
（４）１．０＜Ｔ２／ｙmax＜２．０
但し、
Ｔ２：第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離、
ｙmax：最大像高。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、物体側から順に負、正、正の変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本実施形態の変倍光学系は、図１３の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ群１０と、正の第２レンズ群２０と、正の第３レンズ群３０とからなっている。短焦点距離端（Ｗ）から長焦点距離端（Ｔ）へのズーミングに際し、第１レンズ群１０は一旦像側に移動した後物体側に移動するＵターン軌跡を描き、第２レンズ群２０は物体側に移動し、第３レンズ群３０は固定である。その結果、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する。Ｉは撮像面を示し、デジタルカメラではその直前にフィルタ類が位置する。絞りＳは、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間に位置し、ズーミングに際し、第２レンズ群２０と一緒に移動する。フォーカシングは、いずれの群によってもよい。
【００１８】
２焦点レンズとして用いるには、可動の第１レンズ群１０の短焦点距離端における位置と長焦点距離端における位置とを同一にする（像面Ｉからの距離を同一にする）と、第２レンズ群２０だけを両移動端に移動させて長短の２焦点距離を得ることができる。
可動の第１レンズ群１０の短焦点距離端における位置と長焦点距離端における位置とを同一にする（像面Ｉからの距離を同一にする）と、第２レンズ群２０だけを両移動端に移動させて長短の２焦点距離を得ることができ、所謂２焦点レンズとして用いることができる。
【００１９】
第１レンズ群１０は、小型化のために像側が凹面のメニスカス単レンズから構成することが望ましい。第２レンズ群２０は、変倍作用が最も大きい群であるため、変倍における収差発生を抑えるためには正レンズと負レンズを１枚以上ずつ含むことが望ましい。小型化のためにはレンズ枚数は少ないほどいいから、正レンズと負レンズの２枚のレンズから構成するのが最も好ましい。第３レンズ群３０は、物体側に凸のメニスカス正単レンズから構成することができる。
【００２０】
条件式（１）は、変倍時に第３レンズ群を固定した上で、テレセントリック性を確保し、全変倍域（あるいは両焦点距離端）で良好な収差補正を行い、かつ小型化を達成するための第２レンズ群と第３レンズ群のパワーバランスに関する条件である。
条件式（１）の上限を超えると、第３レンズ群のパワーが小さくなり、変倍に対する第２レンズ群の負担が大きくなって、変倍時の収差変化が大きくなってしまう。仮に収差変化を抑制しようとすると、第２レンズ群のレンズ厚が大きくなって小型化が達成できない。
条件式（１）の下限を超えると、逆に第２レンズ群のパワーが小さくなり、変倍に伴う第２レンズ群の移動量が大きくなるため、小型化が達成できない。
【００２１】
条件式（２）は、変倍に伴う各レンズ群の移動量を抑えながら、収差補正を良好に行うための第１レンズ群のパワーに関する条件である。
条件式（２）の上限を超えると、第１レンズ群のパワーが弱くなるため、変倍時の移動量が大きくなり、小型化に不利である。条件式（２）の上限を超えると、第１レンズ群のパワーが強過ぎるため、小型化には有利であるが、収差補正が困難になる。
より好ましくは、この条件式（２）に代えて、次の条件式（２’）を満足させるのがよい。
（２’）１．６＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜１．８
【００２２】
条件式（３）は、変倍に伴う各レンズ群の移動量を抑えながら、収差補正を良好に行うための第２レンズ群のパワーに関する条件である。
条件式（３）の上限を超えると、第２レンズ群のパワーが弱くなるため、変倍時の移動量が大きくなり、小型化に不利である。条件式（３）の上限を超えると、第２レンズ群のパワーが強過ぎるため、小型化には有利であるが、収差補正が困難になる。
より好ましくは、この条件式（３）に代えて、次の条件式（３’）を満足させるのがよい。
（３’）０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．２
【００２３】
条件式（４）は、収差補正と小型化の両立のための条件である。条件式（４）の上限を超えると、第２レンズ群の群厚が大きくなり、十分な小型化が達成できなくなる。下限を超えると、収差補正が不十分になり、またレンズが薄くなりすぎて製造困難になる。
【００２４】
この条件式（４）は、条件式（１）ないし（３）とは独立させてもよい。つまり、条件式（１）ないし（３）を満足しない、物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大する変倍光学系であって、変倍時に、第３レンズ群が固定で、第１、第２レンズ群が可動である変倍光学系に適用しても、収差補正と小型化を両立させるために一定の効果がある。
【００２５】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のFNO.はＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、fBはバックフォーカス（カバーガラスから撮像素子（ＣＣＤ）の撮像面までの距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）
【００２６】
［実施例１］
図１ないし図４は本発明の変倍光学系の第１実施例を示すもので、図１と図３はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図２と図４はそれぞれ図１と図３のレンズ構成での諸収差図である。表１はその数値データである。負の第１レンズ群１０は、像側の面が凹面の負メニスカス単レンズからなり、正の第２レンズ群２０は、物体側から順に両凸正レンズと両凹負レンズからなり、正の第３レンズ群３０は、物体側に凸の負メニスカスレンズからなっている。ＣＧはカバーガラス（ＣＣＤの前方に位置するフィルタ類）であり、ＣＣＤのサイズは１／７”（対角長（最大像高）=1.4mm）である。絞りＳは第２レンズ群２０（第３面）の前方（物体側）0.20mmの位置にある。
【００２７】
（表１）
FNO. =  1:2.8-4.3
f    =  2.00-4.00
W    =  37.1-18.9
fB   =  0.36-0.36
面NO.     ｒ       ｄ         Ｎd        ν
1      73.462      0.70    1.48749      70.2
2*      1.609    2.08-0.62
3*      0.940      1.04    1.48749      70.2
4*    -11.244      0.16 
5      12.746      0.70    1.62004      36.3
6       2.374    0.30-1.71
7*     19.388      0.96    1.49176      57.4
8*     -3.845      0.20 
9         ∞       0.50    1.51633      64.1
10        ∞         -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
NO       Ｋ        Ａ４            Ａ６           Ａ８
2       0.00                  -0.59022×10-2
3       0.00   -0.46124×10-1  0.18269×10-0  -0.34874×10-0
4       0.00    0.34242×10-0                  0.61481×10-0
7       0.00   -0.19727×10-1                  0.12566×10-1
8       0.00   -0.17928×10-1                  0.79744×10-2
【００２８】
［実施例２］
図５ないし図８は本発明の変倍光学系の第２実施例を示すもので、図５と図７はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図６と図８はそれぞれ図５と図７のレンズ構成での諸収差図である。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。絞りＳは第２レンズ群２０（第３面）の前方（物体側）0.20mmの位置にある。
【００２９】
（表２）
FNO. =  1:2.8-4.3 
f    =  2.00-4.00 
W    =  36.8-18.8 
fB   =  0.50-0.50 
面NO.     ｒ       ｄ         Ｎd        ν
1     132.171     0.70     1.49176      57.4
2*      1.641   2.09-0.64 
3*      0.944     1.01     1.48749      70.2
4*    -10.097     0.16
5      12.304     0.70     1.62004      36.3
6       2.253   0.30-1.74 
7*     16.346     0.94     1.49176      57.4
8*     -3.851     0.10
9         ∞      0.50     1.51633      64.1
10        ∞        - 
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
NO       Ｋ        Ａ４            Ａ６           Ａ８
2       0.00                  -0.35237×10-2
3       0.00  -0.45808×10-1   0.20903×10-0  -0.36172×10-0
4       0.00   0.35063×10-0                   0.65559×10-0
7       0.00   0.80078×10-2                   0.81083×10-2
8       0.00   0.10610×10-1                   0.70980×10-2
【００３０】
［実施例３］
図９ないし図１２は本発明の変倍光学系の第３実施例を示すもので、図９と図１１はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図１０と図１２はそれぞれ図９と図１１のレンズ構成での諸収差図である。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。絞りＳは第２レンズ群２０（第３面）の前方（物体側）0.20mmの位置にある。
【００３１】
（表３）
FNO. =  1:2.8-4.3 
f    =  2.00-4.00 
W    =  36.8-18.9 
fB   =  0.50-0.50 
面NO.     ｒ       ｄ         Ｎd        ν
1    -116.226     0.70      1.48749     70.2
2*      1.685   2.11-0.67 
3*      0.950     1.01      1.49700     81.6
4*     -8.761     0.16
5       9.147     0.70      1.75520     27.5
6       2.140   0.30-1.73 
7*     19.977     0.92      1.49176     57.4
8*     -3.512     0.10
9         ∞      0.50      1.51633     64.1
10        ∞        - 
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）；
Ｋ        Ａ４            Ａ６           Ａ８
2        0.00                   -0.12835×10-2
3        0.00   -0.57036×10-1   0.22879×10-0  -0.27586×10-0
4        0.00    0.34433×10-0                   0.12837×10
7        0.00    0.11801×10-1                   0.10174×10-1
8        0.00    0.10632×10-1                   0.92579×10-2
【００３２】
各実施例の各条件式に対する値を表４に示す。
（表４）
実施例1   実施例2   実施例3 
条件式（１）           3.476     3.157     3.046
条件式（２）           1.670     1.693     1.701
条件式（３、３’）     1.014     1.020     1.010
条件式（４）           1.35      1.34      1.34
各実施例は各条件式を満足しており、諸収差も比較的よく補正されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による変倍光学系の実施例１の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】同実施例１の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成の諸収差図である。
【図５】本発明による変倍光学系の実施例２の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。
【図７】同実施例２の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】本発明による変倍光学系の実施例３の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。
【図１１】同実施例３の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。
【図１３】本発明による変倍光学系の簡易移動図である。
【図１】
2005077771.tif 000003
【図２】
2005077771.tif 000004
【図３】
2005077771.tif 000005
【図４】
2005077771.tif 000006
【図５】
2005077771.tif 000007
【図６】
2005077771.tif 000008
【図７】
2005077771.tif 000009
【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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