(57)【要約】【課題】  小型化が図られ、変倍比が２倍程度であり、全変倍域において高性能な光学性能を有する、負先行型の２つのレンズ群から成るズームレンズを提供する。【解決手段】  第２レンズ群Ｇ２が、合成屈折力が正であるレンズ２ａおよびレンズ２ｂから構成されるレンズと、物体側の面が凹面であり、第２の負の屈折力を有するレンズ２ｃと、物体側の面が凸面であり、第２の正の屈折力を有するレンズ２ｄとを有する。レンズ１ｂの両面、レンズ２ｃの両面、および、レンズ２ｄの物体側の面を非球面により構成する。第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、広角端の焦点距離をｆｗ、望遠端の焦点距離をｆｔとして、２．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜４、０．６＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜１．２の条件を満足させる。【選択図】  図１
2005250171.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レンズ群とを備えたズームレンズであって、
前記第２レンズ群は、
物体側の面が凸面であり、第１の正の屈折力を有するレンズと第１の負の屈折力を有するレンズとから構成されるととともに、合成屈折力が正であるレンズと、
物体側の面が凹面であり、第２の負の屈折力を有するレンズと、
物体側の面が凸面であり、第２の正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群をそれぞれ構成するレンズの少なくとも１面が非球面であり、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、広角端の焦点距離をｆｗ、望遠端の焦点距離をｆｔとすると、
２．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜４
０．６＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜１．２
の条件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、物体側より順に、負の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズとを有し、
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの物体側が非球面であり、
前記各非球面を、光軸から垂直方向の高さをｙ、前記光軸から垂直方向の高さｙにおける前記各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をＳ（ｙ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＡｎとして、
【数１】
2005250171.tif 000009
の非球面式で表現したときに、
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの物体側の各非球面の円錐係数κが、
０≦κ
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズ、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズ、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズは、プラスチックレンズであり、それぞれ少なくとも１面が非球面であって、  前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ１ｂ、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの屈折力をφ２ｃ、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ２ｄとすると、
｜（φ１ｂ＋φ２ｄ）−｜φ２ｃ｜｜＜０．０１
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を備えたカメラの光学系に用いられるズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ズームレンズとして、負の屈折力を有する前群と正の屈折力を有する後群の２つのレンズ群を離して配置するレトロフォーカスの近軸配置を構成し、かつ、これらの２つのレンズ群を光軸に沿って移動させ、レンズ群間隔を変化させることにより変倍を行うレンズが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照。）。このような負・正群のレンズ群を有するいわゆる標準ズームレンズは、広画角化を容易にするとともに低コスト化と小型化を目的としたものである。
【特許文献１】特開平８−１２２６３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２８２４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来のズームレンズにおいては、各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が不適切であると、レンズの枚数を増やしても変倍に伴う収差変動が大きく、全変倍域において高性能の光学性能を得ることは難しかった。
【０００４】
例えば特許文献１に開示されたズームレンズでは、広角側から望遠側迄の収差補正として、主として、球面収差及び非点収差の変動を抑える補正を行っているが、歪曲収差の変動が大きく、負の歪曲収差から正の歪曲収差へ変化してしまう場合があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたズームレンズでは、広角端から望遠端にかけての収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）補正の点では進歩しているが、Ｆナンバーが大きくレンズの明るさが問題となる場合があった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、全体として少ないレンズ枚数により構成され小型化が図られ、変倍比が２倍程度であり、広角端でＦナンバーが３．５程度である口径比を有し、全変倍域において高性能な光学性能を有する、負先行型の２つのレンズ群から成るズームレンズ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】
【０００７】
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レンズ群とを備えたズームレンズであって、
前記第２レンズ群は、
物体側の面が凸面であり、第１の正の屈折力を有するレンズと第１の負の屈折力を有するレンズとから構成されるととともに、合成屈折力が正であるレンズと、
物体側の面が凹面であり、第２の負の屈折力を有するレンズと、
物体側の面が凸面であり、第２の正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群をそれぞれ構成するレンズの少なくとも１面が非球面であり、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、広角端の焦点距離をｆｗ、望遠端の焦点距離をｆｔとすると、
２．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜４
０．６＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜１．２
の条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズとを有し、
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの物体側が非球面であり、
前記各非球面を、光軸から垂直方向の高さをｙ、前記光軸から垂直方向の高さｙにおける前記各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をＳ（ｙ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＡｎとして、
【数１】
2005250171.tif 000003
の非球面式で表現したときに、
前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの物体側の各非球面の円錐係数κが、
０≦κ
の条件を満足するようにしてもよい。
【０００９】
また、前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズ、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズ、および、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズは、プラスチックレンズであり、それぞれ少なくとも１面が非球面であって、  前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ１ｂ、前記第２レンズ群の第２の負の屈折力を有するレンズの屈折力をφ２ｃ、前記第２レンズ群の第２の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ２ｄとすると、
｜（φ１ｂ＋φ２ｄ）−｜φ２ｃ｜｜＜０．０１
の条件を満足するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負・正の２群ズームタイプで、Ｆナンバーが３．５〜４．５程度の口径比を有し、２倍程度の変倍比を有する、高性能で、レンズ枚数が少ない小型のズームレンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るズームレンズについて、以下図面を参照して説明する。
【００１２】
第１の実施の形態に係るズームレンズの構成図を図１に、第２の実施の形態に係るズームレンズの構成図を図２に示す。それぞれの図において、（ａ）が広角端、（ｂ）が中間端、（ｃ）が望遠端のズーム位置を示している。また、Ｒｉ（ｉ＝１〜１５（１４））は、物体側より順に第ｉ番目のレンズの近軸曲率半径を表し、ｄｋ（ｋ＝１〜１４（１３））は、物体側より順に第ｉ番目のレンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔を表している。
【００１３】
第１および第２の実施の形態に係るズームレンズは、収差変動を比較的少なくし、かつ、コンパクト化を図ることを目的としているが、レンズの枚数を減らすことで収差の悪化を招くことを避けるために、以下のような構成になっている。
【００１４】
第１および第２の実施の形態に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２及び撮像面４の間に光学的ローパスフィルタ３とを備えている。ズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることにより変倍を行う。
【００１５】
第１および第２の実施の形態では、前群である第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負のパワー（屈折力）を有するレンズ１ａと、正のパワーを有するレンズ１ｂとから構成されている。レンズ１ｂは、プラスチックレンズからなり、両面（物体側および撮像面４側）が非球面で構成されている。後群である第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、絞りＳと、物体側が凸面であり正のパワーを有するレンズ２ａと、負のパワーを有するレンズ２ｂと、物体側が凹面であり負のパワーを有するレンズ２ｃと、物体側の面が凸面であり正のパワーを有するレンズ２ｄとから構成されている。なお、正のレンズ２ａと負のレンズ２ｂとから合成パワーが正のレンズが構成されている。また、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄは、プラスチックレンズである。レンズ２ｃの両面（物体側および撮像面４側）は非球面で構成されており、レンズ２ｄの物体側も非球面で構成されている。
【００１６】
第１の実施の形態では、図１に示すように、後群である第２レンズ群Ｇ２の正のレンズ２ａが負のレンズ２ｂからやや分離されて配置されている。第２の実施の形態では、図２に示すように、後群である第２レンズ群Ｇ２の正のレンズ２ａが負のレンズ２ｂに接合されて配置されている。
【００１７】
負の屈折力を有する前群である第１レンズ群Ｇ１に比べ、より屈折力の強い正の屈折力を有する後群である第２レンズ群Ｇ２を、正の屈折成分からなるレンズ（２ａおよび２ｂ）と、負の屈折成分からなるレンズ２ｃと、正の屈折成分からなるレンズ２ｄとにより構成している。第２レンズ群Ｇ２のレンズ成分のうち、最も物体側の正の屈折力を有するレンズ２ｄは、前群にて発散した光束を後群にて収斂させ、色の球面収差の発生を補正可能にし、また、負の屈折力を有するレンズ２ｃは、非点収差を良好に補正しつつ、コマ収差のバランスをとるためのものである。
【００１８】
第１および第２の実施の形態のズームレンズは、以下の式（１）〜（５）の関係を満足している。
【００１９】
第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、広角端の焦点距離をｆｗとして、
２．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜４・・・・・（１）
【００２０】
式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と広角端の焦点距離ｆｗとの関係を規定する式である。式（１）において、｜ｆ１／ｆｗ｜が上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が大きくなり過ぎるので、特に広角端での周辺光量の低下や、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの径（前玉径）の増大を招いてしまう。また、式（１）において、｜ｆ１／ｆｗ｜が下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１が小さくなり過ぎるので、全ズーム域での収差性能が低下し、望遠側での球面収差の補正が困難となる。
【００２１】
第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、望遠端の焦点距離をｆｔとして、
０．６＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜１．２・・・・・（２）
【００２２】
式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２と望遠端の焦点距離ｆｔとの関係を規定する式であり、変倍に際しての諸収差の変動を抑えるものである。式（２）において、｜ｆ２／ｆｔ｜が下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが強くなるため、広角端から望遠端にかけての第２レンズ群Ｇ２の移動量は減少するが、変倍に際しての諸収差が変動し、変動した諸収差を良好に補正するのが困難となる。特に球面収差がアンダーとなってしまうことは問題となる。式（２）において、｜ｆ２／ｆｔ｜が上限を超えると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが弱まるため、広角端から望遠端にかけての第２レンズ群Ｇ２の移動量が増大し、レンズ系の光学全長が増大してしまうので不都合が生じる。なお、式（２）の上限を１．０とすれば、第２レンズ群Ｇ２のパワーの弱まりはより抑えられ、より好適である。
【００２３】
また、第１および第２の実施の形態のズームレンズは、式（１）および式（２）の関係を満足するとともに、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を構成するレンズの少なくとも一面が非球面であることにより、良好な収差性能を達成することができる。
【００２４】
レンズ１ｂ、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄの非球面は、光軸からの垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＡｎとして、以下の非球面式（３）で表現される。
【００２５】
【数２】
2005250171.tif 000004
【００２６】
このように非球面式（３）で、レンズ１ｂ、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄの非球面を表現した場合には、レンズ１ｂの撮像面４側の非球面、レンズ２ｃの物体側および撮像面４側の非球面、レンズ２ｄの物体側の非球面の円錐係数κは、以下の式（４）を満足する。
【００２７】
０≦κ  ・・・・・（４）
【００２８】
式（４）は、非球面に対する条件式で、非球面式（３）で表現した非球面の円錐係数κを規定する式である。第１および第２の実施形態においては、球面以外の２次曲面をベースにした非球面となるように円錐係数κを採用することで、特に、広角側の歪曲収差の補正と、コマ収差の補正を行うことができる。
【００２９】
式（４）において、円錐係数κが下限である数値０を下回る場合、非球面の円錐係数κが小さくなるため、レンズ周辺部分の曲率が著しく緩くなる。従って、広角端から望遠端にかけての第２のレンズ群Ｇ２の移動により発生する軸外光線の収差を補正するために、このような非球面を導入しようとすると、レンズ周辺部分の屈折力が弱まり、歪曲収差及びコマ収差の補正を良好にすることができない。
【００３０】
また、第２レンズ群Ｇ２に採用されている非球面レンズは、円錐係数κが球面を越えるため、光軸近傍の曲率が弱く、レンズ周辺部で曲率が強い楕円形状を有する非球面で構成され、また、第１レンズ群Ｇ１の凸レンズであるレンズ１ｂに非球面が導入されることにより、広角端側で発生する歪曲収差を補正しつつ、広角端から望遠端までの変倍域において変動する歪曲収差の変動を少なくすることができる。また、軸外でのコマ収差を良好に補正しつつ、像面湾曲を同時に良好に補正することができる。
【００３１】
さらに、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１中の正レンズ成分（レンズ１ｂ）の両面に非球面をとることで、広角端及び望遠端で発生する非点収差、球面収差を良好に補正することができる。なお、第１レンズ群Ｇ１中の物体側に近い凹レンズ（レンズ１ａ）に非球面を採用すれば、歪曲収差の補正には有効であるが、大口径のレンズに非球面加工を施すことになり、コストが高くつくことになる。よって、凹レンズ（レンズ１ａ）に非球面を採用することは不適切である。
【００３２】
第１レンズ群Ｇ１中のプラスチックレンズであるレンズ１ｂの屈折力をφ１ｂ、第２レンズ群Ｇ２中のプラスチックレンズであるレンズ２ｃの屈折力をφ２ｃ、第２レンズ群Ｇ２中のプラスチックレンズであるレンズ２ｄの屈折力をφ２ｄとすると、
｜（φ１ｂ＋φ２ｄ）−｜φ２ｃ｜｜＜０．０１  ・・・・・（５）
【００３３】
式（５）は、全系での温度補償をするための各プラスチックレンズのパワー（屈折力）配分条件式である。条件式（５）において、上限０．０１を超えると前群の第１レンズ群Ｇ１、後群の第２レンズ群Ｇ２での温度補償のバランスが崩れ、正の屈折力を有する後群内で温度変化による焦点移動が大きくなりすぎ、負の屈折力を有する前群で十分に補償することができなくなる。この補償を十分に行うためには、カメラ内に温度計を設置し、オートフォーカスによる補正等をしなければならず、コストアップにつながり、好ましくない。
【００３４】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、各実施の形態では、第１レンズ群Ｇ１のレンズ１ｂの両面、第２レンズ群Ｇ２のレンズ２ｃの両面、および、レンズ２ｄの物体側の面を非球面により構成する例について説明したが、式（１）および（２）の関係を満足させる場合は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２をそれぞれ構成するレンズの少なくとも１面が非球面により構成されていればよい。また、式（５）を満足させる場合には、レンズ１ｂ、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄそれぞれの少なくとも１面が非球面であればよい。
【００３５】
また、各実施の形態では、レンズ１ｂ、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄがプラスチックレンズである例について説明したが、式（１）〜（４）の関係を満足させる場合には、レンズ１ｂ、レンズ２ｃおよびレンズ２ｄは、必ずしもプラスチックレンズである必要はない。
【実施例１】
【００３６】
以下、本発明を実施したズームレンズの構成を、コンストラクションデータ、収差図を挙げて更に具体的に説明する。実施例１は、前記第１の実施の形態に対応した実施例である。第１の実施の形態を表すレンズ構成図である図１は、実施例１のレンズ構成図でもある。表１および表２は、実施例１のコンストラクションデータを示している。表１は、実施例１のレンズデータ、非球面データ等を示しており、表１において、ｆは全系の焦点距離、ＦｎoはＦナンバー、ωは入射半画角、Ｒはレンズの曲率半径（ｍｍ）、ｄはレンズの肉厚（ｍｍ）またはレンズ間の空気間隔（ｍｍ）、Ｎｄは各レンズのｄ線に対する屈折率、νｄは各レンズのｄ線に対するアッベ数、κは円錐係数、Ａｎはｎ次の非球面係数を示している。なお、面番号に★印が付された面は、非球面で構成された面であることを示している。
表２は、実施例１の可変間隔データ、条件対応値を示しており、表２において、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆｗは広角端の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆｔは望遠端の焦点距離、φ１ｂはレンズ１ｂの屈折力、φ２ｃはレンズ２ｃの屈折力、φ２ｄはレンズ２ｄの屈折力を示している。
【００３７】
【表１】
2005250171.tif 000005
【００３８】
【表２】
2005250171.tif 000006
【００３９】
図３〜図５は、表１および表２に示した実施例１に係るズームレンズの収差性能を示す。図３は広角端、図４は中間端、図５は望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。なお、図中、Ｙは像高である。各収差図中、実線はｄ線に対する収差、点線はＦ線に対する収差を表している。非点収差において「Ｔ」の符号が付いているグラフはタンジェンシャル面での収差で、「Ｓ」の符号が付いているグラフはサジタル面での収差を表している。
【００４０】
図３〜図５より、実施例１に係るズームレンズが良好な光学性能を有していることがわかる。
【実施例２】
【００４１】
実施例２は、前記第２の実施の形態に対応した実施例である。第２の実施の形態を表すレンズ構成図である図２は、実施例２のレンズ構成図でもある。表３および表４は、実施例２のコンストラクションデータを示している。実施例１における表１および表２の説明は、表３および表４においても同様である。
【００４２】
【表３】
2005250171.tif 000007
【００４３】
【表４】
2005250171.tif 000008
【００４４】
図６〜図８は、表３および表４に示した実施例２に係るズームレンズの収差性能を示す。実施例２における図６〜図８の説明は、実施例１の図３〜図５と同様である。
【００４５】
図６〜図８より、実施例２に係るズームレンズが良好な光学性能を有していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るズームレンズの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るズームレンズの構成図である。
【図３】実施例１に係るズームレンズの広角端の収差図である。
【図４】実施例１に係るズームレンズの中間端の収差図である。
【図５】実施例１に係るズームレンズの望遠端の収差図である。
【図６】実施例２に係るズームレンズの広角端の収差図である。
【図７】実施例２に係るズームレンズの中間端の収差図である。
【図８】実施例２に係るズームレンズの望遠端の収差図である。
【符号の説明】
【００４７】
３      光学的ローパスフィルタ
４      撮像面
Ｓ      絞り
Ｇ１    第１レンズ群
Ｇ２    第２レンズ群
【図１】
2005250171.tif 000010
【図２】
2005250171.tif 000011
【図３】
2005250171.tif 000012
【図４】
2005250171.tif 000013
【図５】
2005250171.tif 000014
【図６】
2005250171.tif 000015
【図７】
2005250171.tif 000016
【図８】
2005250171.tif 000017