(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とを配列してなり、該前群と該後群との間隔を変えて変倍を行う２群構成のズームレンズであって、
前記前群は物体側に強い曲率の非球面からなる凹面を向けた負レンズＬ１と像面側に強い曲率の凸面を向けた正レンズＬ２からなり、前記後群は物体側に強い曲率の凹面を向けた負レンズＬ３のみからなり、前記負レンズＬ１と前記正レンズＬ２との間に絞りが配設されてなり、
前記負レンズＬ３の両面が球面からなり、
広角端の全系の焦点距離をｆｗ、前記正レンズＬ２の焦点距離をｆ２、前記正レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をＲ３、前記正レンズＬ２の像面側の面の曲率半径をＲ４、前記負レンズＬ３の物体側の面の曲率半径をＲ５、前記負レンズＬ１と前記正レンズＬ２の対向する面の間隔をＤ２としたとき、下記の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．４０＜ｆ２／ｆｗ＜０．５０      （１）
０．０１＜Ｄ２／ｆｗ＜０．０５      （２）
−０．２０＜Ｒ４／Ｒ３＜０．０        （３）
−０．４５＜Ｒ５／ｆｗ＜−０．３５    （４）
【請求項２】
前記３枚のレンズＬ１、Ｌ２およびＬ３が、いずれも有機材料からなることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記絞りが固定絞りであり、さらに前記負レンズＬ１の直前物体側に可変絞りを配設したことを特徴とする請求項１または２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、ズームレンズに関し、特に、レンズシャッタカメラ等に好適なズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レンズシャッタカメラにおいては、特に小型軽量で携帯性の良い安価なカメラが強く望まれており、これに伴い、カメラに内蔵されるズームレンズとしても小型かつ安価で高性能なものが要求されるようになってきている。このように構成が簡易で比較的安価なズームレンズとしては、例えば、特開平３−１２７０１３号公報、特開平３−１５８８１５号公報、特開平７−２９４８１５号公報等に記載された３枚構成のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報記載のズームレンズは高価な非球面ガラスモールドレンズを使用していたり、前群中の各レンズの間隔が大きいためレンズ全長が大きく、コンパクト性に欠けたものとなっていたり、安価なプラスッチックレンズを用いていても非球面を多用するため製造適性の良くないものとなっていたりしており、市場からの要請に対して、必ずしも満足されるものとはなっていなかった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、３枚構成の正負２群ズームレンズにおいて、できるだけ非球面のレンズを少なくすることで製造適性を良好とすることができ、安価かつ小型で高性能なズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズではレンズ系を前、後群の２つに分け、前群に正の屈折力をもたせるとともに後群に負の屈折力を持たせた望遠タイプのズームレンズとすることで、レンズ全長を短くすることを可能とし、各レンズ形状、および各条件式を満足することで上記本発明の目的を達成している。
【０００６】
すなわち、本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とを配列してなり、該前群と該後群との間隔を変えて変倍を行う２群構成のズームレンズであって、
前記前群は物体側に強い曲率の非球面からなる凹面を向けた負レンズＬ１と像面側に強い曲率の凸面を向けた正レンズＬ２からなり、前記後群は物体側に強い曲率の凹面を向けた負レンズＬ３のみからなり、前記負レンズＬ１と前記正レンズＬ２との間に絞りが配設されてなり、
前記負レンズＬ３の両面が球面からなり、
広角端の全系の焦点距離をｆｗ、前記正レンズＬ２の焦点距離をｆ２、前記正レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をＲ３、前記正レンズＬ２の像面側の面の曲率半径をＲ４、前記負レンズＬ３の物体側の面の曲率半径をＲ５、負レンズＬ１と正レンズＬ２の対向する面の間隔をＤ２としたとき、下記の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とするものである。
【０００７】
０．４０＜ｆ２／ｆｗ＜０．５０      （１）
０．０１＜Ｄ２／ｆｗ＜０．０５      （２）
−０．２０＜Ｒ４／Ｒ３＜０．０        （３）
−０．４５＜Ｒ５／ｆｗ＜−０．３５    （４）
【０００８】
また、前記３枚のレンズＬ１、Ｌ２およびＬ３を、いずれも有機材料で形成することが好ましい。さらに、前記絞りを固定絞りとし、前記負レンズＬ１の直前物体側に可変絞りを配設することが好ましい。
【０００９】
【作用】
一般に、正の屈折率を有する前群と負の屈折率を有する後群とから構成され、これら２群の間隔を変えて変倍するズームレンズにおいては、前群の像を後群で拡大結像するため、前群のみによる結像性能は、特に球面収差と色収差を小さくすることが不可欠である。そして本発明のズームレンズのように前群を２枚のレンズで構成する場合、正レンズと負レンズの組み合わせとなるが、後群が負レンズ１枚のみで構成されるため、画面全体にわたって結像性能を維持するためには、全系における屈折力配分に対称性を持たせる必要があり、前群の物体側に負レンズを、像面側に正レンズを各々配置する必要がある。しかし、前群が全体として正の屈折力を持つため、前群の正レンズの屈折力を負レンズの屈折力よりもかなり強くすることが必須で、このため該正レンズの収差補正上の配慮が必要である。
【００１０】
前述の公報記載のズームレンズでも前群の物体側には負レンズが配設されている。しかし、この負レンズと正レンズとの面間隔を大きくとることで各レンズの屈折力を小さくしたり、絞りを正レンズの後に配置したりして収差補正を有利にしているため、レンズ全長が大きくなったり、前玉径が大きくなったりしてコンパクト化という要求を達成できない。
【００１１】
そこで、本発明のズームレンズでは前群の負レンズＬ1と正レンズＬ2との間隔を極力小さくしてコンパクト化を図る。また、このコンパクト化を図ることにより生じる前群内の負レンズＬ1と正レンズＬ2の各々の屈折力が強めあうことによる収差補正上の弊害は、前群中の負レンズＬ1と正レンズＬ2との狭い間隔に絞りを配設することで解決している。すなわち、軸外光束の、前群中の各レンズＬ1、Ｌ2に入出する光線高を低く押さえてコマ収差や倍率色収差の発生を押さえる。また、正レンズＬ2の強い屈折力で生じる過大な球面収差と、後群の負レンズＬ3による、特に群間隔の大きい広角側での軸外光束に対する強い発散作用とを打ち消すために、前群の負レンズＬ1の物体側の面を強い曲率の凹面とし、前述の球面収差、像面湾曲および歪曲収差等を小さくするようにしている。
【００１２】
また、レンズシャッタを配置するため、群間隔が狭くなる望遠端側においても、ある程度のスペースを確保することが必要なこともあって、前後群各々の屈折力をさらに強くしなければならなくなり前述の収差補正は必ずしも十分とはいえないので、負レンズＬ1の物体側の凹面をさらに周辺に向かって発散性を増す非球面とするようにして、像面湾曲及び歪曲収差等を良好に補正するようにしている。
【００１３】
ただしこの非球面により強い発散性が生じ、逆に球面収差が正に過大となるので正レンズＬ2の像面側の面を強い曲率の凸面として前群での球面収差を小さく押さえるようにし、像面湾曲を小さく維持しながら球面収差をズーム全域でバランス良く小さくすることを可能としている。
【００１４】
上記３つの条件式（１）〜（３）は、上述したレンズ形状上の条件をさらに具体化するためのものであって、レンズの小型化、製造コストの低廉化を図りつつ、レンズ性能を高く維持するための条件である。
【００１５】
条件式（１）は、前群中の正のレンズＬ2の屈折力を規定するものである。これによりレンズ系全体の屈折力配分の適性化が図られる。すなわち、広角端の全系の焦点距離をｆw、前記前群中の正レンズをＬ2としたとき、ｆ2／ｆwが条件式（１）の下限を下回ると、正レンズＬ2の屈折力がさらに強くなり、負レンズＬ1とのかかわりにおいて軸上色収差等をさらに良化できる。しかし、その反面、負レンズＬ1の屈折力も強くなり負レンズＬ1との相対偏芯誤差による結像性能への影響度が大きくなりすぎるので非球面数を多くして収差補正しなければならず結果として部品精度を厳しくすることが必要になり、製造上大きな問題となる。
【００１６】
また、上記条件式（１）の前後群の屈折力とのかかわりにおいて前後群各々の屈折力が強くなり、レンズ全長は短くなってレンズのコンパクト化には有利であるが、ズーム全域での収差変動が大きく結像性能を良好に維持できなくなり、性能上容認できなくなる。
【００１７】
一方、条件式（１）の上限を上回ると、前記正レンズＬ2の屈折力が弱くなりすぎ、負レンズＬ1の負の屈折力も弱くなり、色消しが不十分となる。これを良化するためには、負レンズＬ1と正レンズＬ2との間隔を大きくしなければならず、結像性能は良くなってもレンズ系全体が大型化し、コンパクト性の点で問題になる。
【００１８】
また、前後群の屈折力が小さくなって収差補正上は有利であるがズーム比を維持するために前後群の移動量が大きくなりレンズ系全体が大きくなってコンパクト性を損ねてしまい、やはり問題となる。
【００１９】
次に、条件式（２）は、前群中の負レンズＬ1と正レンズＬ2の間隔Ｄ2に関するもので、これもレンズ系全体のコンパクト性と結像性能とのバランスを適性化するものである。
【００２０】
すなわち、Ｄ2／ｆwが条件式（２）の下限を下回れば、前記間隔Ｄ2が小さくなってレンズ全長を小さくできる。その反面、負レンズＬ1が開口絞りに近づくので、軸外光束の負レンズＬ1への入射光線高が低くなって負レンズＬ1の強い発散作用を減少させ、全系の屈折力配分の非対称性が増大し像面湾曲や歪曲収差等が劣化する。そこで負レンズＬ1の物体側の非球面をさらに発散性が強くなるようにする必要があるが、負レンズＬ1への入射光線高が中心光束より低くなっているため、像面湾曲の補正のみならず、球面収差の劣化につながる。このため、例えば負レンズＬ1の中心厚を厚くしたり、負レンズＬ1の両面を非球面化することも考えられるが、いずれの場合も精度が厳しくなり製造上の問題が大きくなる。
【００２１】
一方、条件式（２）の上限を上回った場合、前記間隔Ｄ2が大きくなりすぎて収差補正上有利になるがレンズ全長が大きくなってコンパクト性に欠けるものとなる。また、発散作用が大きくなりすぎ負レンズＬ1と正レンズＬ2各々の屈折力が小さくなり、やはりコンパクト性に欠けるものとなってしまう。
【００２２】
また、条件式（３）は、前群中の正レンズＬ2の前後面における曲率半径Ｒ3，Ｒ4の関係を規定したもので、条件式（１）、条件式（２）が満たされた状況下において、特に球面収差と像面湾曲とのバランスを図るものである。
【００２３】
すなわち、正レンズＬ2の前後面における曲率半径Ｒ3，Ｒ4の比Ｒ4／Ｒ3が条件式（３）の下限を下回ると、強い曲率の凸面である、正レンズＬ2の像側の面による強い収斂作用が緩和されすぎ、球面収差は小さくなるものの像面湾曲は大きくなり、画面全体での良好な結像関係が成立しなくなる。一方、上限を上回った場合、球面収差自体が大きくなって画面の中心付近での結像性能の劣化が大きくなり性能面で容認できなくなる。
【００２４】
また、本発明のズームレンズでは後群を１枚の負レンズのみで構成している。これにより、ズーム全域にわたる画面全体での結像性能の均一化のための諸収差のバランスを図ることができる。
【００２５】
すなわち、正負２群ズームレンズの場合、後群の役割は前群による像を拡大して所定の画面に結像させることであるが、広角端では前群と後群との群間隔が大きく、かつ後群と結像面までのバックフォーカスが短く、一方望遠端では逆に群間隔が小さく、かつ該バックフォーカスが長く、さらに絞りは前群の負レンズＬ1と正レンズＬ2との間にあることから、後群から見れば広角端では中心光束は小さく軸外光束の光線高さが大きいのに対し、望遠端では中心光束は大きく軸外光束の光線高さが小さくなる。これにより、広角端では像面湾曲、歪曲収差等の軸外収差が大きくなり、一方、望遠端では球面収差が大きくなり、全系の結像性能が劣化する。これを１枚の負レンズＬ3で各々小さく押さえる必要がある。
【００２６】
また、負レンズＬ3を安価なものとするためには、その前後両面を球面で形成することが必要である。すなわち、後群における負レンズＬ3は、特に広角端での軸外収差を小さくする必要があり、この負レンズＬ3の両面が球面である場合には、前群の射出瞳位置付近に曲率中心がくるように負レンズＬ3の物体側の面を形成する必要がある。このため負レンズＬ3の物体側の面はどうしても物体側に強い曲率の凹面となる。しかしながら球面収差が大きくなる望遠端では、負レンズＬ3の物体側の面の曲率半径が負に小さくなるほど、球面収差が増大する。条件式（４）はこのような事情を考慮して、広角端での軸外収差と望遠端での球面収差を共に小さく押さえることのできる範囲を規定するものである。
【００２７】
Ｒ5／ｆwが条件式（４）の下限を下回ると望遠端での球面収差は小さくなるが広角端での軸外収差を補正するのには不利であり、広角端の周辺画質が劣化して問題である。逆に上限を上回ると広角端での軸外収差を補正するのには有利であるが望遠端での球面収差は大きくなりすぎ問題である。
【００２８】
また、上述したように負レンズＬ1，正レンズＬ2および負レンズＬ3を全て有機材料により形成すると大幅なコスト低減が図られる。
さらに、本発明のズームレンズでは前群中の負レンズＬ1と正レンズＬ2との間隔Ｄ2を小さくして小型化を図るようにしているが、この間隔Ｄ2に光量調節のための可変絞り機構が挿入できない場合は、間隔Ｄ2の間の絞りを固定絞りとし、さらに光量調節のために小絞りが必要な場合には、負レンズＬ1の物体側、すなわちフロントに可変絞り機構を置くことが望ましい。これを絞りとすることも可能である。このとき間隔Ｄ2の間の絞りを光束規制板用として確保しておくことが望ましい。また、この可変絞り機構にレンズシャッタ機構を付加することも可能である。
【００２９】
さらに、この可変絞り機構を前群の後段に配置することも可能である。ただしこのとき周辺性能がやや劣化するが実用上の問題は生じない。もちろん、間隔Ｄ2に固定絞りを配しただけでもカメラ用レンズとして十分機能し得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
ここで、図１〜３はそれぞれ実施例１〜３の広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）におけるレンズ基本構成を示すものである。なお、各図中に各群の移動軌跡が示されている。
【００３１】
図１〜３に示すように、これらの実施例に係るズームレンズは、前群Ｇ１と後群Ｇ２の２群構成とされており、前群Ｇ１は負レンズＬ１と正レンズＬ２からなり、一方、後群Ｇ２は１枚の負レンズＬ３からなる。また、負レンズＬ１は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（実施例３は物体側に強い曲率の面を向けた両凹レンズ）、正レンズＬ２は像面側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、負レンズＬ３は物体側に強い曲率の面を向けた両凹レンズである。また、負レンズＬ１と正レンズＬ２の間には固定絞りｉが、負レンズＬ１の物体側には可変絞りｊ（実施例２、３のみ）が配されている。各実施例において、ズーミングに際し、前群Ｇ１と後群Ｇ２は互いにその間隔を変化させながら光軸Ｘに沿って移動し、いずれの位置においても結像面１上の結像位置Ｐに良好な被写体像を形成するようになっている。
なお、負レンズＬ１の物体側の面（実施例１においては正レンズＬ２の物体側の面も）非球面とされている。
【００３２】
また、これらのレンズは、広角端の全系の焦点距離をｆw、正レンズＬ2の焦点距離をｆ2、正レンズＬ2 の物体側の面の曲率半径をＲ3、正レンズＬ2 の像面側の面の曲率半径をＲ4、負レンズＬ1と正レンズＬ2との面間隔をＤ2、負レンズＬ3の物体側の面の曲率半径をＲ5としたとき、下記の条件式（１）〜（４）を満足する。
【００３３】
０．４０＜ｆ2／ｆｗ＜０．５０      （１）
０．０１＜Ｄ2／ｆｗ＜０．０５      （２）
−０．２０＜Ｒ4／Ｒ3＜０．０         （３）
−０．４５＜Ｒ5／ｆｗ＜−０．３５    （４）
さらに、前記３枚のレンズＬ1、Ｌ2およびＬ3は、いずれも有機材料から形成されている。
【００３４】
以下、実施例１〜３の各々について具体的数値を用いて説明する。
【００３５】
＜実施例１＞
この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表１に示す。
【００３６】
ただし、この表１および後述する表５および表９において、各記号Ｒ，ｄ，ｎ，νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。＊を付した面は非球面を表し、それら各非球面は下記数１に示す非球面式により表される。
【００３７】
【表１】
0003883142.tif 000002
【００３８】
【数１】
0003883142.tif 000003
また、各非球面の非球面係数は表２に示すようになっている。
【００３９】
【表２】
0003883142.tif 000004
また、この実施例１の、広角端（Ｗ）、中間（Ｍ）および望遠端（Ｔ）における焦点距離ｆ´、バックフォーカスｌ´、群間隔Ｄ4 、画角２ω、ＦNOは表３に示すようになっている。
【００４０】
【表３】
0003883142.tif 000005
さらに表４に示すように、ｆ2／ｆw、Ｄ2／ｆw、Ｒ4／Ｒ3、Ｒ5／ｆwはそれぞれ、0.4698、0.0325、-0.1151、-0.391となっており、上述した条件式（１）〜（４）は全て満足されている。また、表４には前群の焦点距離ｆF、前群のレンズ長（前群の最も物体側の面から最も像面側の面までの長さ）ＤFおよび各レンズの焦点距離ｆ1、ｆ2、ｆ3が示されている。
【００４１】
【表４】
0003883142.tif 000006
＜実施例２＞
この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表５に示す。＊を付した面は非球面を表し、その非球面は上記数１に示す非球面式により表される。
【００４２】
【表５】
0003883142.tif 000007
また、上記非球面の非球面係数は表６に示すようになっている。
【００４３】
【表６】
0003883142.tif 000008
また、この実施例２の、広角端（Ｗ）、中間（Ｍ）および望遠端（Ｔ）における焦点距離ｆ´、バックフォーカスｌ´、群間隔Ｄ4 、画角２ω、ＦNOは表７に示すようになっている。
【００４４】
【表７】
0003883142.tif 000009
さらに表８に示すように、ｆ2／ｆw、Ｄ2／ｆw、Ｒ4／Ｒ3、Ｒ5／ｆwはそれぞれ、0.489、0.018、-0.0172、-0.404となっており、上述した条件式（１）〜（４）は全て満足されている。また、表８には前群の焦点距離ｆF、前群のレンズ長（前群の最も物体側の面から最も像面側の面までの長さ）ＤFおよび各レンズの焦点距離ｆ1、ｆ2、ｆ3が示されている。
【００４５】
【表８】
0003883142.tif 000010
＜実施例３＞
この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表９に示す。＊を付した面は非球面を表し、その非球面は上記数１に示す非球面式により表される。
【００４６】
【表９】
0003883142.tif 000011
また、上記非球面の非球面係数は表１０に示すようになっている。
【００４７】
【表１０】
0003883142.tif 000012
また、この実施例２の、広角端（Ｗ）、中間（Ｍ）および望遠端（Ｔ）における焦点距離ｆ´、バックフォーカスｌ´、群間隔Ｄ4 、画角２ω、ＦNOは表１１に示すようになっている。
【００４８】
【表１１】
0003883142.tif 000013
さらに表１２に示すように、ｆ2／ｆw、Ｄ2／ｆw、Ｒ4／Ｒ3、Ｒ5／ｆwはそれぞれ、0.450、0.0336、-0.1513、-0.418となっており、上述した条件式（１）〜（４）は全て満足されている。また、表１２には前群の焦点距離ｆF、前群のレンズ長（前群の最も物体側の面から最も像面側の面までの長さ）ＤFおよび各レンズの焦点距離ｆ1、ｆ2、ｆ3が示されている。
【００４９】
【表１２】
0003883142.tif 000014
また、実施例１〜３の広角端、中間および望遠端における各収差（球面収差（正弦条件も併せて示す）、像面湾曲、歪曲収差）を各々図４〜１２に示す。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。図４〜１２から明らかなように、本実施例によれば、各収差を良好なものとすることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のズームレンズによれば正負２群ズームレンズにおいて、製造適正に優れ、安価かつ小型で周辺性能を含めた結像性能を良好なものとすることができ、小型カメラに最適なズームレンズとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るレンズ基本構成（広角端、望遠端および移動軌跡）を示す概略図
【図２】本発明の実施例２に係るレンズ基本構成（広角端、望遠端および移動軌跡）を示す概略図
【図３】本発明の実施例３に係るレンズ基本構成（広角端、望遠端および移動軌跡）を示す概略図
【図４】実施例１に係るレンズの広角端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図５】実施例１に係るレンズの中間における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図６】実施例１に係るレンズの望遠端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図７】実施例２に係るレンズの広角端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図８】実施例２に係るレンズの中間における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図９】実施例２に係るレンズの望遠端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図１０】実施例３に係るレンズの広角端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図１１】実施例３に係るレンズの中間における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図１２】実施例３に係るレンズの望遠端における各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【符号の説明】
Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3  レンズ
Ｒ1 〜Ｒ6       レンズ面の曲率半径
Ｄ1 〜Ｄ5       レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ    光軸
Ｐ    結像位置
ｉ    固定絞り
ｊ    可変絞り
１    結像面
【図１】
0003883142.tif 000015
【図２】
0003883142.tif 000016
【図３】
0003883142.tif 000017
【図４】
0003883142.tif 000018
【図５】
0003883142.tif 000019
【図６】
0003883142.tif 000020
【図７】
0003883142.tif 000021
【図８】
0003883142.tif 000022
【図９】
0003883142.tif 000023
【図１０】
0003883142.tif 000024
【図１１】
0003883142.tif 000025
【図１２】
0003883142.tif 000026