(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、
均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第１レンズ群と、
均質媒質の単レンズ１枚のみからなる負の屈折力を有する第２レンズ群と、
均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第３レンズ群と、
からなり、
第１レンズ群は、物体面側に強い凸面を向けた凸レンズ１枚のみからなり、
第２レンズ群は、像面側に強い凹面を向けた凹レンズ１枚のみからなり、
広角端から望遠端へのズーミングに際し、少なくとも第２レンズ群が物体側から像側へ動き、
第１レンズ群の焦点距離をｆ1 とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 とするとき、その比率が以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
７．７４３≦ｆ1 ／ｆ3 ＜１０    ・・・（３−１）
【請求項２】
第３レンズ群の凸レンズは、両凸レンズであ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】
全系の焦点距離が最も長いときの第２レンズ群の後面から像面までの距離をＬ、全系の焦点距離が最も長いときの焦点距離をｆT とするとき、その比率が以下の関係を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
０．５＜Ｌ／ｆT ＜１．５    ・・・（４）
【請求項４】
広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群は固定していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各群が単レンズ１枚のみからなる簡単な構成のズームレンズに関し、特に、スチールカメラ、ビデオカメラ等の撮像レンズとして使用するのに好適な３群３枚構成のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各群が単レンズ１枚のみからなる簡単な構成のズームレンズに関する提案はいくつかある。例えば、特開平１１−６９６０号には、各群１枚のレンズで構成した３群構成のズームレンズの光学系が記述されているが、これは、屈折率分布型の媒質を用いたズームレンズであり、入手や加工が容易である均質媒質を用いたものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各群単レンズ１枚からなる３群構成のズームレンズであって、ズーミングを行っても収差変動が少なく、全長短縮化、大口径化、ズーム比の拡大が可能なズームレンズを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のズームレンズは、物体側から順に、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第１レンズ群と、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる負の屈折力を有する第２レンズ群と、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第３レンズ群からなり、広角端から望遠端へのズーミングに際し、少なくとも第２レンズ群が物体側から像側へ動くことを特徴とするものである。
【０００５】
この場合に、第１レンズ群は、物体面側に強い凸面を向けた凸レンズ１枚のみからなり、第２レンズ群は、像面側に強い凹面を向けた凹レンズ１枚のみからなることが望ましい。
【０００６】
また、全系の焦点距離が最も短いときの焦点距離をｆW 、全系の焦点距離が最も長いときの焦点距離をｆT 、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 とするとき、
ｆW ＜ｆ3 ＜ｆT                                       ・・・（１）
を満足することが望ましい。
【０００７】
また、第３レンズ群の凸レンズは、少なくとも片方の面が非球面であることが望ましい。
【０００８】
また、第３レンズ群の凸レンズは、両凸レンズであることが望ましい。
【０００９】
また、第１レンズ群の焦点距離をｆ1 とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ2 とするとき、その比率が以下の関係を満足することが望ましい。
【００１０】
−３．５＜ｆ1 ／ｆ2 ＜−２．０                        ・・・（２）
また、第１レンズ群の焦点距離をｆ1 とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 とするとき、その比率が以下の関係を満足することが望ましい。
【００１１】
５．０＜ｆ1 ／ｆ3 ＜１０．０                          ・・・（３）
また、全系の焦点距離が最も長いときの第２レンズ群の後面から像面までの距離をＬ、全系の焦点距離が最も長いときの焦点距離をｆT とするとき、その比率が以下の関係を満足することが望ましい。
【００１２】
０．５＜Ｌ／ｆT ＜１．５                              ・・・（４）
また、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群は固定していることが望ましい。
【００１３】
以下に上記の構成をとる理由と作用を説明する。
【００１４】
３群３枚構成のズームレンズにおいて、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第１レンズ群と、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる負の屈折力を有する第２レンズ群と、均質媒質の単レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第３レンズ群からなり、広角端から望遠端へのズーミングに際し、少なくとも第２レンズ群が物体側から像側へ動く構成とすることにより、このレンズ系の結像作用は、主に第３レンズ群が担うことになる。そのための条件式が条件（１）である。中間状態では、全系のパワーと第３レンズ群のパワーはほとんど等しくなり、望遠端、広角端に近づくに従い、第１レンズ群、第２レンズ群で画角を変更するように作用する。このような構成にすることにより、第３レンズ群を透過する光線の光線高は、ズーミングの状態に関わらず略同じようになり、収差補正上有利となる。第３レンズ群で発生する収差が大きくなるので、このレンズ群に非球面を用いるのが、球面収差を補正しながら軸外のコマ収差を補正しやすく、収差補正に効果的である。
【００１５】
第１レンズ群、第２レンズ群の間隔を変化させることにより、画角を変えるのであるから、両群の間にある程度の屈折力の差がないと、ズーミングのときの移動量が大きくなる。上記条件（２）の上限の−２．０を越えると、第１レンズ群、第２レンズ群の屈折力の差が少なくなり、ズーミングの移動量が大きくなる。
また、この条件式の下限の−３．５を越えると、全体として第１レンズ群、第２レンズ群での屈折力が大きくなりすぎ、ここで発生する収差が大きくなり、好ましくない。
【００１６】
第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力の比は上記の通りであるが、屈折力の大きさそのものも余り大きくすると、収差が悪化する。条件（３）の下限の５．０を越えると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎ、収差が悪化する。この式の上限値１０．０を越えると、屈折力が弱くなりすぎてズームレンズが大型化する。
【００１７】
また、レンズ系全体をコンパクトにするには、第２レンズ群の後面から像面までの距離を短くする必要がある。レンズ系全体の焦点距離が最も長い状態で、条件（４）を満たすことが好ましい。この条件の上限の１．５を越えると、レンズ系をコンパクトにすることができなくなる。また、下限の０．５を越えると、第２レンズ群で球面収差が補正不足となり、望ましくない。
【００１８】
条件式（４）は、さらに、
０．７＜Ｌ／ｆT ＜１．４                              ・・・（５）
を満足することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの実施例について説明する。
【００２０】
図１、図２にそれぞれ実施例１、２のズームレンズの広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ配置を示す断面図を示す。各実施例の数値データは後記する。
【００２１】
実施例１
この実施例は焦点距離４〜１０ｍｍのズームレンズであり、図１にその断面図を示す。この図で、Ｇ１、Ｇ２、Ｓ、Ｇ３は、それぞれ第１レンズ群、第２レンズ群、絞り、第３レンズ群を表わし、Ｉは結像面である。このズームレンズは、物体面側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなる負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、両凸レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる３群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇ１は動かず、第２群レンズＧ２が、第１レンズ群Ｇ１の側から第３レンズ群Ｇ３の側に大きく動く。このとき、像面位置を一定にするように、第３レンズ群Ｇ３は、絞りＳと一体に、最初物体側に少し動き、中間状態を過ぎる辺りから、逆に像面方向に戻るように動く。この実施例では、広角端での第３レンズ群Ｇ３の位置と望遠端での第３レンズ群Ｇ３の位置とは同一となるようになっている。非球面は、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの像側の面に用いている。
【００２２】
実施例２
この実施例は焦点距離４〜１２ｍｍのズームレンズであり、図２にその断面図を示す。この図で、Ｇ１、Ｇ２、Ｓ、Ｇ３は、それぞれ第１レンズ群、第２レンズ群、絞り、第３レンズ群を表わし、Ｉは結像面である。このズームレンズは、物体面側に強い凸面を向けた両凸レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなる負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、両凸レンズ１枚のみからなる正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３からなる３群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇ１は動かず、第２群レンズＧ２が、第１レンズ群Ｇ１の側から第３レンズ群Ｇ３の側に大きく動く。このとき、像面位置を一定にするように、第３レンズ群Ｇ３は、最初物体側に少し動き、中間状態を過ぎる辺りから、逆に像面方向に戻るように動く。絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、第２レンズ群Ｇ２との間の間隔及び第３レンズ群Ｇ３との間の間隔を変化させながら単独でズーム中移動している。非球面は、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの両面に用いている。この実施例は、実施例１に比べてズーム比が少し大きくなり、明るさも明るくなっている。そのために、非球面を２面用いている。
【００２３】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ｆB はバックフォーカス、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのｄ線のアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００２４】
ｘ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）2 ｝1/2 ］
＋A4ｙ4 ＋A6ｙ6 
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6はそれぞれ４次、６次の非球面係数である。各実施例の中に記されていない係数の値は０である。
【００２５】
0004573378.tif 000002
【００２６】
0004573378.tif 000003
0004573378.tif 000004
【００２７】
上記実施例１〜２のフォーカシングは、第３レンズ群Ｇ３と絞りＳとを一体に移動させることによって可能である。このレンズ群はパワーが強いので、レンズ系の駆動量を小さくすることができる。このようにした場合のフォーカシングデータを以下に示す。
0004573378.tif 000005
【００２８】
上記実施例１〜２の無限遠合焦時の収差図をそれぞれ図３、図４に示す。各図中、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端での収差カーブであり、各図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差を示す。
【００２９】
上述した本発明のズームレンズは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の電子撮像素子を用いた各種撮影装置に用いることができる。以下にその具体的な適用例を示す。
【００３０】
本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラが図５〜図７に示される。図５は電子カメラ２００の外観を示す前方斜視図、図６は同後方斜視図、図７は電子カメラ２００の構成を示す断面図である。図５〜図７に示されるように、電子カメラ２００は、撮影用光路２０１を有する撮影光学系２０２、ファインダー用光路２０３を有するファインダー光学系２０４、シャッター２０５、フラッシュ２０６、液晶表示モニター２０７を備えている。カメラ２００の上部に配置されたシャツター２０５が押圧されることにより、それに連動して撮影用対物光学系として配置された本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２を通して撮影が行われる。この撮影用対物光学系によって形成された対物像が、ｌＲ（赤外線）カットフィルター８０を介してＣＣＤ等の撮像素子チップ６２上に形成される。
【００３１】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっており、カメラ装置の生産性を高め、コスト低下を実現できるという商業的メリットがあるように構成されている。なお、第１群Ｇ１が固定群の場合は、その第１群Ｇ１のレンズがカバーガラス兼用となるため、キズが付きやすいので、第１群Ｇ１のレンズをサファイア等の硬度の高い硝材で構成するか、ハードコーティングを施す。また、第１群Ｇ１を移動させる場合は、鏡枠１３の先端に対物レンズ１２を保護するためのカバーガラスを配置する。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００３２】
撮像素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６と電気的に接続された処理手段２０８を介して、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター２０７に表示される。また、この処理手段２０８は、撮像素子チップ６２で撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段２０９の制御も行う。この記録手段２０９は、処理手段２０８に設けられたメモリーであってもよく、図示されるように、処理手段２０８と電気的に接続され、フロッピーディスクやスマートメディア等の磁気記録媒体に電子的に記録を書き込むデバイスであってもよい。
【００３３】
さらに、ファインダー用光路２０３を有するファインダー用光学系２０４は、ファインダー用対物光学系２１０と、このファインダー用対物光学系２１０で形成された物体像を正立させるポロプリズム２１１と、物体像を観察者眼球Ｅに導く接眼レンズ２１２とを備えている。ポロプリズム２１１は、前部分と後部分とに分割され、その間に物体像が形成される面があり、その面上に視野枠２１３が配置されている。このポロプリズム２１１は、４つの反射面を有し、ファインダー用対物光学系２１０で形成された物体像を正立正像させている。
【００３４】
また、このカメラ２００は、部品を減らし、コンパクトにし、低コストにするために、ファインダー光学系２０４が排除されてもよい。この場合、観察者は、液晶表示モニター２０７を見ながら撮影する、
次に、本発明のズームレンズが対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図８〜図１０に示される。図８はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図９はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１０は図８の状態の側面図である。図８〜図１０に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【００３５】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２と、像を受光する撮像素子チップ６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【００３６】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００３７】
撮像素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図８には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【００３８】
次に、本発明のズームレンズが撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１１に示される。図１１（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１１（ｂ）は側面図、図１１（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。
ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２と、物体像を受光する撮像素子チップ６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【００３９】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００４０】
撮影素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、３群３枚構成のズームレンズであって、ズーミングを行っても収差変動が少なく、全長短縮化、大口径化、ズーム比の拡大が可能なズームレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間状態、望遠端でのレンズ配置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間状態、望遠端でのレンズ配置を示す断面図である。
【図３】実施例１の無限遠合焦時の収差図である。
【図４】実施例４の無限遠合焦時の収差図である。
【図５】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
【図６】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの後方斜視図である。
【図７】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの構成を示す断面図である。
【図８】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図９】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図１０】図８の状態の側面図である。
【図１１】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第２群
Ｓ…絞り
Ｉ…結像面
Ｅ…観察者眼球
１２…対物レンズ
１３…鏡枠
６０…撮像ユニット
６２…撮像素子チップ
６６…端子
８０…ｌＲカットフィルター
２００…電子カメラ
２０１…撮影用光路
２０２…撮影光学系
２０３…ファインダー用光路
２０４…ファインダー光学系
２０５…シャッター
２０６…フラッシュ
２０７…液晶表示モニター
２０８…処理手段
２０９…記録手段
２１０…ファインダー用対物光学系
２１１…ポロプリズム
２１２…接眼レンズ
２１３…視野枠
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路
【図１】
0004573378.tif 000006
【図２】
0004573378.tif 000007
【図３】
0004573378.tif 000008
【図４】
0004573378.tif 000009
【図５】
0004573378.tif 000010
【図６】
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【図７】
0004573378.tif 000012
【図８】
0004573378.tif 000013
【図９】
0004573378.tif 000014
【図１０】
0004573378.tif 000015
【図１１】
0004573378.tif 000016