JP4507140B2 - ３群ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３群ズームレンズ、特にデジタルカメラやビデオカメラに用いられる、固体撮像素子を有する３群ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種カメラのズームレンズとして３群ズームレンズが知られている。３群ズームレンズはコンパクト化を図り、かつ収差補正を良好にするという観点から広く用いられている。
【０００３】
そして、近年急速に普及しつつあるデジタルカメラやビデオカメラにおいては、一般のカメラに用いられるものと同様にレンズの小型化、高画質化、低ディストーション化等が望まれる一方で、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたことによる特有の条件を満足させる必要がある。
【０００４】
ところで、デジタルカメラやビデオカメラにおいては、オートフォーカスが主流となっており、フォーカシングの高速化が望まれている。そのため、ズームレンズのフォーカシング方式としては、レンズ重量を軽くでき、なおかつカメラ本体側にレンズが近く駆動操作が容易な、インナーフォーカス式やリアーフォーカス式が頻繁に使用されており、レンズ群数としては２群構成とするよりも３群構成とすることが望ましく、本願発明者は、このような種々の問題に対処し得る、３群ズームレンズを既に開示している（特開平10-293253号公報）。
【０００５】
この公報記載のものの最大の特徴は、撮像面からの射出瞳位置を充分に遠くすることにある。従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、写真用のフイルムとは異なり、撮像面に対し垂直に近い角度で入射させないと効率良く受光することができなかった。したがって、ＣＣＤ撮像面上に被写体像を結像するための光学系の条件としては、撮像面上のどの像高位置に対しても主光線がほぼ垂直に入射すること、つまり撮像面からの射出瞳位置を充分に遠くする必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、光学系の小型化を促進するため、射出瞳が、撮像面の物体側方向の有限距離に位置するときに最も効率良く受光することができるようなＣＣＤが開発され、その結果最大像高の５倍程度の射出瞳位置まで良好に受光可能となっている。
【０００７】
そのようなＣＣＤにおいては、射出瞳位置が遠くなるとむしろ受光効率が悪くなってしまい、上記公報に記載されているように第３レンズ群が変倍時にほとんど移動しない構成のものにおいては、逆にその点で不利となってしまう。
【０００８】
一方、従来の３群構成リアーフォーカス式の他のズームレンズとしては、特開昭５９−３１９２２号公報に記載されたものが知られている。このズームレンズは至近距離合焦時において、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を一定に保ちながら変倍が行われるため、広角端において撮像面からの射出瞳位置が近くなり過ぎることが多く、一定の距離を保とうとすると、望遠端の無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が大きくなり、小型化の要求を満足することが困難となる。
【０００９】
このような観点から、本願発明者は、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を一定に保ちながら変倍可能とし、また、所定の複数位置に非球面を配することにより６枚構成とした３群ズームレンズを開示している（特願平１１−９０７６２号明細書）。この３群ズームレンズによれば、小型化を図りつつ諸収差を良好なものとすることができ、前述した従来技術の諸問題は解決されているといえる。
【００１０】
しかしながら、電子スチルカメラ等に使用されるＣＣＤは、今後もその総画素数の飛躍的な増大が予測され、現に３００万を越えるものも次々と開発されている。そのため、電子スチルカメラ等に用いられる撮影レンズには、ますます高い解像力が要求されている。また、この高解像力の要請とともに、Ｆ2.8程度の明るいレンズに対する要請も高まっているが、明るいレンズとするために周辺光量まで確保しようとすると、色収差が増加してしまう。したがって、カラー画像の画質の良好性が求められる今日においては、色収差を抑えつつ明るいレンズとすることが必要となる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、Ｆ2.8程度の明るさを有するとともに２．５倍以上の変倍比を有し、フォーカシングの高速化を図ることが可能であり、レンズ前面から撮像面までの全長が最大撮像サイズ（＝最大像高×２）の６倍以下と小型でありながら、充分な高解像力を発揮し得る、色収差を含めた諸収差が良好な３群ズームレンズを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の３群ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列されるとともに、前記第２レンズ群内には光量を調節する絞りが配設され、
広角から望遠に向かって変倍する際には、前記第１レンズ群を前記第２レンズ群に相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を物体側に移動させ、
無限遠から近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群を物体側に移動させる３群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は負レンズと正レンズの２枚で構成されるとともに前記第２レンズ群は１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成され、かつ前記各レンズ群の各々が少なくとも１つの非球面を有し、
無限遠合焦時においては、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は変倍時に一定となるように構成され、
さらに下記の条件式（１）から（５）を満足することを特徴とするものである。
０．３＜ｆＷ／｜ｆ１｜＜０．６ ………… （１）
１．１＜ｆＴ／｜ｆ１｜＜１．６ ………… （２）
０．４＜ｆ２／ｆ３＜０．８ ………… （３）
０．１５＜Ｄ２Ｗ／ｆ３＜０．３ ………… （４）
ν２Ｐ＞６８ ………… （５）
ただし、ｆｉは第ｉレンズ群の焦点距離、ｆＷは広角端における全系の焦点距離、ｆＴは望遠端における全系の焦点距離、Ｄ２Ｗは広角端の無限遠合焦時における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの間隔、ν２Ｐは第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値である。
【００１３】
また、前記３群ズームレンズの具体的な構成としては、例えば、前記第１レンズ群は物体側から順に、像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの２枚で構成され、
前記第２レンズ群は物体側から順に、両凸レンズ、物体側に強い曲率の凸面を向けた正レンズおよび像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズの３枚で構成され、
前記第３レンズ群は物体側に強い曲率の凸面を向けた１枚の正レンズで構成され、
前記第１レンズ群の前記負レンズおよび前記第２レンズ群の少なくとも１つの前記正レンズの各々が非球面を有するように構成され、
前記絞りが、前記第２レンズ群の最も物体側に配設され、
さらに、下記条件式（６）から（８）を満足するように構成する。
Ｎ１ｎ＞１．７２ ……… （６）
ν１ｎ−ν１ｐ＞１１ ……… （７）
２．５＜（Ｒ４＋Ｒ３）／（Ｒ４−Ｒ３）＜６ ……… （８）
ただし、Ｎ１ｎは第１レンズ群の負レンズの屈折率、ν１ｎは第１レンズ群の負レンズのアッベ数、ν１ｐは第１レンズ群の正レンズのアッベ数、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ第１レンズ群の正レンズの物体側の面および像側の面の曲率半径である。
【００１４】
【作用】
本発明の３群ズームレンズによれば、無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変倍時にほぼ一定としているので、撮像面からの射出瞳位置を適切に設定しつつ、リアーフォーカス方式の採用が可能になる。
【００１５】
また、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成し、さらに各レンズ群にそれぞれ少なくとも１つの非球面を使用することで、小型でありながら諸収差を良好に補正することができる。なお、本発明のズームレンズは、全てのレンズ群が移動可能とされているので、メカ的に沈胴機構を取り付けることが比較的容易であり、全長をさらに短くすることも可能となる。
【００１６】
次に、上記条件式（１）および（２）は、それぞれ広角端および望遠端における、第２レンズ群と第３レンズ群の合成レンズ群の結像倍率を表す式で、適切な変倍比を確保しつつ、小型化と諸収差の補正をバランス良く実現するためのものである。すなわち、上記条件式（１）の下限を越えると、広角端における光学系の全長が長くなり、小型化が実現できなくなる。また同時に、広角端におけるバックフォーカスが短くなり、第３レンズ群と撮像面の間にローパスフィルタ等を挿入するスペースが確保できなくなる。一方、上記条件式（１）の上限を越えると、第１レンズ群の屈折力が過大となり、第１レンズ群を２枚で構成することが困難になる。
【００１７】
また、条件式（２）の下限を越えると、２．５倍以上の変倍比を保つためには第１レンズ群の変倍時の移動量が長くなり過ぎ、小型化が実現できなくなる。一方、上記条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群のいわゆるガタ倍率が大きくなり、光学系の組立精度を維持することが困難となる。
【００１８】
また、上記条件式（３）は、第２レンズ群と第３レンズ群の屈折力を適切に配分するためのものである。上記条件式（３）の下限を越えると、第３レンズ群の屈折力が過小となるためにフォーカシングの移動量が長くなり過ぎ、その結果フォーカシングによる周辺像面の変動が大きくなってしまう。一方、上記条件式（３）の上限を越えると、第３レンズ群の屈折力が過大となり、１枚構成にすることが困難になる。
【００１９】
また、上記条件式（４）は、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を規定するためのものである。上記条件式（４）の下限を越えると、フォーカシングの移動スペースが確保できなくなるため、望遠端における合焦可能な至近距離が長くなってしまう。また、撮像面からの射出瞳位置も充分に確保できなくなる。一方、条件式（４）の上限を越えると、撮像面からの射出瞳位置を確保しやすくなるが、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が大きくなるとともに、第３レンズ群各レンズのレンズ径も大きくなるため、小型化に不利となってしまう。
【００２０】
また、上記条件式（５）は、第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値を示すもので、この２つの正レンズの少なくとも一方に対して低分散の硝材を用いることを規定したものである。
【００２１】
これにより、F2.8程度の明るさを得た場合にも、レンズ全系における色収差を良好な範囲のものとすることが可能である。
【００２２】
また、一般に、環境温度が上がると、レンズ保持枠は熱膨張によって光軸方向に伸びることになる反面、ピント位置は物体側にずれるため、温度上昇に伴いピントずれが生じる。しかし、本発明の３群ズームレンズにおいては、上記第２レンズ群の正レンズに上述した如き低分散材料を用いることにより、温度上昇に伴うピントずれを補正することができる。すなわち、このような低分散の硝材においては、一般の硝材と異なり、温度上昇に伴って屈折率が低下するため、ピント位置を像側にずらすことが可能となり、レンズ系全体として、ピントずれを補正することができる。
【００２３】
また、このような低分散材料は、融点が比較的低いので、非球面形成のためのモールディングが容易である。
【００２４】
また、上記条件式（６）は、第１レンズ群内の負レンズの屈折率を規定するためのものである。上記条件式（６）の下限を越えると、上記負レンズの曲率が負の方向に強くなるため、たとえ非球面を使用しても広角端における非点収差や歪曲収差を補正するのが難しくなる。
【００２５】
また、上記条件式（７）は、第１レンズ群内の負レンズと正レンズのアッベ数の差を規定するためのものである。上記条件式（７）の下限を越えると、広角端における倍率色収差や、変倍時における軸上色収差の変動を充分に抑えることが困難になる。
【００２６】
さらに、上記条件式（８）は、第１レンズ群内の正メニスカスレンズのいわゆるシェイプファクターを規定するためのものである。条件式（８）の下限および上限のどちらを越えても、広角端における非点収差を補正できなくなり、その結果第１レンズ群を２枚のレンズで構成することが困難になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は、実施例１の３群ズームレンズの広角端（WIDE)および望遠端(TELE)におけるレンズ構成図を示すものである。
また、図１中に、広角端から望遠端に進む間の各レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の移動軌跡が示されている。
【００２９】
実施例１の３群ズームレンズは図１に示すように、物体側より順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなり、ズーミングのために第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２は可動とされ、無限遠から近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群Ｇ３を物体側に移動させるように構成され、これら３つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を光軸Ｘに沿って移動することにより全系の焦点距離ｆを変化させるとともに光束を結像面１上に効率良く集束させるようにしたズームレンズである。
【００３０】
さらに、本実施例のズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ１および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２を配設してなり、また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順に、絞り３、物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第４レンズＬ４、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５を配設してなり、また、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第６レンズＬ６により構成されている。
【００３１】
また、第６レンズＬ６と結像面（ＣＣＤ撮像面）１の間にはローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むカバーガラス部２が配されている。
【００３２】
また、以下の条件式（１）〜（８）を満足する構成とされている。
なお、図１のレンズ移動軌跡に示すように、無限遠合焦時においては、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３の間隔は変倍時にほぼ一定となるように構成されている。
【００３３】
０．３＜ｆＷ／｜ｆ１｜＜０．６ ………… （１）
１．１＜ｆＴ／｜ｆ１｜＜１．６ ………… （２）
０．４＜ｆ２／ｆ３＜０．８ ………… （３）
０．１５＜Ｄ２Ｗ／ｆ３＜０．３ ………… （４）
ν２Ｐ＞６８ ………… （５）
Ｎ１ｎ＞１．７２ ………… （６）
ν１ｎ−ν１ｐ＞１１ ………… （７）
２．５＜（Ｒ４＋Ｒ３）／（Ｒ４−Ｒ３）＜６ ……… （８）
ただし、ｆｉは第ｉレンズ群Ｇｉの焦点距離、ｆＷは広角端における全系の焦点距離、ｆＴは望遠端における全系の焦点距離、Ｄ２Ｗは広角端の無限遠合焦時における第２レンズ群Ｇ２の最も像側の面から第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面までの間隔、ν２ｐは第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値、Ｎ１ｎは第１レンズ群Ｇ１の負レンズの屈折率、ν１ｎは第１レンズ群Ｇ１の負レンズのアッベ数、ν１ｐは第１レンズ群Ｇ１の正レンズのアッベ数、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ第１レンズ群Ｇ１の正レンズの物体側の面および像側の面の曲率半径である。
【００３４】
次に、この実施例１にかかるズームレンズの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（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表１に示す。
【００３５】
なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表４において同じ）。
【００３６】
また、表２に表１中の軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.71ｍｍ）から望遠端(f=24.39ｍｍ)に亘る可変１、可変２および可変３の可変範囲を示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
なお、表１の下段には広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、ＦＮＯおよび画角２ωの値が示されている。
また、表２（表５において同じ）において「至近距離」とは面１の頂点から０.２ｍの位置を表す。
【００４０】
また、本実施例においては、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）、第４レンズＬ４の両面（第８、９面）および第６レンズＬ６の物体側の面（第１２面）に下記数１の非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００４１】
【数１】
【００４２】
また、下記表３には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表１における１、８、９、１２の各面のＲ値を代入する。
【００４３】
【表３】
【００４４】
図２は上記実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差および歪曲収差）を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびメリディオナル像面に対する収差が示されている（図３についても同じ）。この図２から明らかなように、実施例１のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。
【００４５】
なお、前述した条件式（１）〜（８）は全て満足されており各々の値は下記表７に示す如く設定されている。
【００４６】
＜実施例２＞
次に、実施例２の３群ズームレンズについて説明する。図４は、実施例２の３群ズームレンズの広角端（WIDE)および望遠端(TELE)におけるレンズ構成図を示すものである。
この実施例２のレンズは、上記実施例１のレンズとほぼ同様のレンズ構成とされているが、第１レンズＬ１は物体側に後述する非球面を向けた凹レンズとされている点で異なっている。
【００４７】
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およびアッベ数νを下記表４に示す。
また、表５に表４中の軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.70ｍｍ）から望遠端（f=24.37ｍｍ）に亘る可変１、可変２および可変３の可変範囲を示す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
【表５】
【００５０】
なお、表４の下段には広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、ＦＮＯおよび画角２ωの値が示されている。
【００５１】
また、本実施例のズームレンズは、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）、第２レンズＬ２の物体側の面（第３面）、第３レンズＬ３の物体側の面（第６面）、第４レンズＬ４の物体側の面（第８面）および第６レンズＬ６の物体側の面（第１２面）に上記非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００５２】
また、下記表６には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表４における１、３、６、８、１２の各面のＲ値を代入する。
【００５３】
【表６】
【００５４】
図３は上記実施例２のズームレンズの広角端および望遠端における諸収差を示す収差図である。この図３から明らかなように、実施例２のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。
【００５５】
なお、前述した条件式（１）〜（８）は全て満足されており、各々の値は下記表７に示す如く設定されている。
【００５６】
【表７】
【００５７】
なお、本発明の３群ズームレンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数や形状は適宜選択し得る。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３群ズームレンズによれば、無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変倍時にほぼ一定としているので、撮像面からの射出瞳位置を適切に設定しつつ、リアーフォーカス方式の採用が可能になる。
【００５９】
また、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成し、さらに３つのレンズ群にそれぞれ少なくとも１つの非球面を使用することで、小型でありながら諸収差を良好に補正することができる。
【００６０】
さらに、本発明の３群ズームレンズは、全てのレンズ群が移動可能とされているので、メカ的に沈胴機構を取り付けることが比較的容易であり、全長をさらに短くすることも可能となる。
【００６１】
さらに、本発明の３群ズームレンズによれば、前述した５つの条件式（１）〜（５）を満足している。
【００６２】
これにより、Ｆ2.8程度の明るさを有するとともに２．５倍以上の変倍比を有し、フォーカシングの高速化を図ることが可能であり、レンズ前面から撮像面までの全長が最大撮像サイズ（＝最大像高×２）の６倍以下と小型でありながら、充分な高解像力を発揮し得る、色収差を含めた諸収差が良好な３群ズームレンズを得ることができる。特に、第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値を規定する上記条件式（５）を満足することで、F2.8程度の明るさを得る場合にも、レンズ全系における色収差を良好な範囲のもの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を示す概略図
【図２】 実施例１に係るレンズの広角端および望遠端における収差図
【図３】 実施例２に係るレンズの広角端および望遠端における収差図
【図４】 本発明の実施例２に係るレンズ基本構成を示す概略図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ６ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１５ レンズ面の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１４ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ 光軸
１ 結像面
３ 絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は３群ズームレンズ、特にデジタルカメラやビデオカメラに用いられる、固体撮像素子を有する３群ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種カメラのズームレンズとして３群ズームレンズが知られている。３群ズームレンズはコンパクト化を図り、かつ収差補正を良好にするという観点から広く用いられている。
【０００３】
そして、近年急速に普及しつつあるデジタルカメラやビデオカメラにおいては、一般のカメラに用いられるものと同様にレンズの小型化、高画質化、低ディストーション化等が望まれる一方で、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたことによる特有の条件を満足させる必要がある。
【０００４】
ところで、デジタルカメラやビデオカメラにおいては、オートフォーカスが主流となっており、フォーカシングの高速化が望まれている。そのため、ズームレンズのフォーカシング方式としては、レンズ重量を軽くでき、なおかつカメラ本体側にレンズが近く駆動操作が容易な、インナーフォーカス式やリアーフォーカス式が頻繁に使用されており、レンズ群数としては２群構成とするよりも３群構成とすることが望ましく、本願発明者は、このような種々の問題に対処し得る、３群ズームレンズを既に開示している（特開平10-293253号公報）。
【０００５】
この公報記載のものの最大の特徴は、撮像面からの射出瞳位置を充分に遠くすることにある。従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、写真用のフイルムとは異なり、撮像面に対し垂直に近い角度で入射させないと効率良く受光することができなかった。したがって、ＣＣＤ撮像面上に被写体像を結像するための光学系の条件としては、撮像面上のどの像高位置に対しても主光線がほぼ垂直に入射すること、つまり撮像面からの射出瞳位置を充分に遠くする必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、光学系の小型化を促進するため、射出瞳が、撮像面の物体側方向の有限距離に位置するときに最も効率良く受光することができるようなＣＣＤが開発され、その結果最大像高の５倍程度の射出瞳位置まで良好に受光可能となっている。
【０００７】
そのようなＣＣＤにおいては、射出瞳位置が遠くなるとむしろ受光効率が悪くなってしまい、上記公報に記載されているように第３レンズ群が変倍時にほとんど移動しない構成のものにおいては、逆にその点で不利となってしまう。
【０００８】
一方、従来の３群構成リアーフォーカス式の他のズームレンズとしては、特開昭５９−３１９２２号公報に記載されたものが知られている。このズームレンズは至近距離合焦時において、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を一定に保ちながら変倍が行われるため、広角端において撮像面からの射出瞳位置が近くなり過ぎることが多く、一定の距離を保とうとすると、望遠端の無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が大きくなり、小型化の要求を満足することが困難となる。
【０００９】
このような観点から、本願発明者は、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を一定に保ちながら変倍可能とし、また、所定の複数位置に非球面を配することにより６枚構成とした３群ズームレンズを開示している（特願平１１−９０７６２号明細書）。この３群ズームレンズによれば、小型化を図りつつ諸収差を良好なものとすることができ、前述した従来技術の諸問題は解決されているといえる。
【００１０】
しかしながら、電子スチルカメラ等に使用されるＣＣＤは、今後もその総画素数の飛躍的な増大が予測され、現に３００万を越えるものも次々と開発されている。そのため、電子スチルカメラ等に用いられる撮影レンズには、ますます高い解像力が要求されている。また、この高解像力の要請とともに、Ｆ2.8程度の明るいレンズに対する要請も高まっているが、明るいレンズとするために周辺光量まで確保しようとすると、色収差が増加してしまう。したがって、カラー画像の画質の良好性が求められる今日においては、色収差を抑えつつ明るいレンズとすることが必要となる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、Ｆ2.8程度の明るさを有するとともに２．５倍以上の変倍比を有し、フォーカシングの高速化を図ることが可能であり、レンズ前面から撮像面までの全長が最大撮像サイズ（＝最大像高×２）の６倍以下と小型でありながら、充分な高解像力を発揮し得る、色収差を含めた諸収差が良好な３群ズームレンズを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の３群ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列されるとともに、前記第２レンズ群内には光量を調節する絞りが配設され、
広角から望遠に向かって変倍する際には、前記第１レンズ群を前記第２レンズ群に相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を物体側に移動させ、
無限遠から近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群を物体側に移動させる３群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は負レンズと正レンズの２枚で構成されるとともに前記第２レンズ群は１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成され、かつ前記各レンズ群の各々が少なくとも１つの非球面を有し、
無限遠合焦時においては、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は変倍時に一定となるように構成され、
さらに下記の条件式（１）から（５）を満足することを特徴とするものである。
０．３＜ｆＷ／｜ｆ１｜＜０．６ ………… （１）
１．１＜ｆＴ／｜ｆ１｜＜１．６ ………… （２）
０．４＜ｆ２／ｆ３＜０．８ ………… （３）
０．１５＜Ｄ２Ｗ／ｆ３＜０．３ ………… （４）
ν２Ｐ＞６８ ………… （５）
ただし、ｆｉは第ｉレンズ群の焦点距離、ｆＷは広角端における全系の焦点距離、ｆＴは望遠端における全系の焦点距離、Ｄ２Ｗは広角端の無限遠合焦時における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの間隔、ν２Ｐは第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値である。
【００１３】
また、前記３群ズームレンズの具体的な構成としては、例えば、前記第１レンズ群は物体側から順に、像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの２枚で構成され、
前記第２レンズ群は物体側から順に、両凸レンズ、物体側に強い曲率の凸面を向けた正レンズおよび像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズの３枚で構成され、
前記第３レンズ群は物体側に強い曲率の凸面を向けた１枚の正レンズで構成され、
前記第１レンズ群の前記負レンズおよび前記第２レンズ群の少なくとも１つの前記正レンズの各々が非球面を有するように構成され、
前記絞りが、前記第２レンズ群の最も物体側に配設され、
さらに、下記条件式（６）から（８）を満足するように構成する。
Ｎ１ｎ＞１．７２ ……… （６）
ν１ｎ−ν１ｐ＞１１ ……… （７）
２．５＜（Ｒ４＋Ｒ３）／（Ｒ４−Ｒ３）＜６ ……… （８）
ただし、Ｎ１ｎは第１レンズ群の負レンズの屈折率、ν１ｎは第１レンズ群の負レンズのアッベ数、ν１ｐは第１レンズ群の正レンズのアッベ数、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ第１レンズ群の正レンズの物体側の面および像側の面の曲率半径である。
【００１４】
【作用】
本発明の３群ズームレンズによれば、無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変倍時にほぼ一定としているので、撮像面からの射出瞳位置を適切に設定しつつ、リアーフォーカス方式の採用が可能になる。
【００１５】
また、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成し、さらに各レンズ群にそれぞれ少なくとも１つの非球面を使用することで、小型でありながら諸収差を良好に補正することができる。なお、本発明のズームレンズは、全てのレンズ群が移動可能とされているので、メカ的に沈胴機構を取り付けることが比較的容易であり、全長をさらに短くすることも可能となる。
【００１６】
次に、上記条件式（１）および（２）は、それぞれ広角端および望遠端における、第２レンズ群と第３レンズ群の合成レンズ群の結像倍率を表す式で、適切な変倍比を確保しつつ、小型化と諸収差の補正をバランス良く実現するためのものである。すなわち、上記条件式（１）の下限を越えると、広角端における光学系の全長が長くなり、小型化が実現できなくなる。また同時に、広角端におけるバックフォーカスが短くなり、第３レンズ群と撮像面の間にローパスフィルタ等を挿入するスペースが確保できなくなる。一方、上記条件式（１）の上限を越えると、第１レンズ群の屈折力が過大となり、第１レンズ群を２枚で構成することが困難になる。
【００１７】
また、条件式（２）の下限を越えると、２．５倍以上の変倍比を保つためには第１レンズ群の変倍時の移動量が長くなり過ぎ、小型化が実現できなくなる。一方、上記条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群のいわゆるガタ倍率が大きくなり、光学系の組立精度を維持することが困難となる。
【００１８】
また、上記条件式（３）は、第２レンズ群と第３レンズ群の屈折力を適切に配分するためのものである。上記条件式（３）の下限を越えると、第３レンズ群の屈折力が過小となるためにフォーカシングの移動量が長くなり過ぎ、その結果フォーカシングによる周辺像面の変動が大きくなってしまう。一方、上記条件式（３）の上限を越えると、第３レンズ群の屈折力が過大となり、１枚構成にすることが困難になる。
【００１９】
また、上記条件式（４）は、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を規定するためのものである。上記条件式（４）の下限を越えると、フォーカシングの移動スペースが確保できなくなるため、望遠端における合焦可能な至近距離が長くなってしまう。また、撮像面からの射出瞳位置も充分に確保できなくなる。一方、条件式（４）の上限を越えると、撮像面からの射出瞳位置を確保しやすくなるが、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が大きくなるとともに、第３レンズ群各レンズのレンズ径も大きくなるため、小型化に不利となってしまう。
【００２０】
また、上記条件式（５）は、第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値を示すもので、この２つの正レンズの少なくとも一方に対して低分散の硝材を用いることを規定したものである。
【００２１】
これにより、F2.8程度の明るさを得た場合にも、レンズ全系における色収差を良好な範囲のものとすることが可能である。
【００２２】
また、一般に、環境温度が上がると、レンズ保持枠は熱膨張によって光軸方向に伸びることになる反面、ピント位置は物体側にずれるため、温度上昇に伴いピントずれが生じる。しかし、本発明の３群ズームレンズにおいては、上記第２レンズ群の正レンズに上述した如き低分散材料を用いることにより、温度上昇に伴うピントずれを補正することができる。すなわち、このような低分散の硝材においては、一般の硝材と異なり、温度上昇に伴って屈折率が低下するため、ピント位置を像側にずらすことが可能となり、レンズ系全体として、ピントずれを補正することができる。
【００２３】
また、このような低分散材料は、融点が比較的低いので、非球面形成のためのモールディングが容易である。
【００２４】
また、上記条件式（６）は、第１レンズ群内の負レンズの屈折率を規定するためのものである。上記条件式（６）の下限を越えると、上記負レンズの曲率が負の方向に強くなるため、たとえ非球面を使用しても広角端における非点収差や歪曲収差を補正するのが難しくなる。
【００２５】
また、上記条件式（７）は、第１レンズ群内の負レンズと正レンズのアッベ数の差を規定するためのものである。上記条件式（７）の下限を越えると、広角端における倍率色収差や、変倍時における軸上色収差の変動を充分に抑えることが困難になる。
【００２６】
さらに、上記条件式（８）は、第１レンズ群内の正メニスカスレンズのいわゆるシェイプファクターを規定するためのものである。条件式（８）の下限および上限のどちらを越えても、広角端における非点収差を補正できなくなり、その結果第１レンズ群を２枚のレンズで構成することが困難になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は、実施例１の３群ズームレンズの広角端（WIDE)および望遠端(TELE)におけるレンズ構成図を示すものである。
また、図１中に、広角端から望遠端に進む間の各レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の移動軌跡が示されている。
【００２９】
実施例１の３群ズームレンズは図１に示すように、物体側より順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなり、ズーミングのために第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２は可動とされ、無限遠から近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群Ｇ３を物体側に移動させるように構成され、これら３つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を光軸Ｘに沿って移動することにより全系の焦点距離ｆを変化させるとともに光束を結像面１上に効率良く集束させるようにしたズームレンズである。
【００３０】
さらに、本実施例のズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ１および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２を配設してなり、また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順に、絞り３、物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第４レンズＬ４、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５を配設してなり、また、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第６レンズＬ６により構成されている。
【００３１】
また、第６レンズＬ６と結像面（ＣＣＤ撮像面）１の間にはローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むカバーガラス部２が配されている。
【００３２】
また、以下の条件式（１）〜（８）を満足する構成とされている。
なお、図１のレンズ移動軌跡に示すように、無限遠合焦時においては、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３の間隔は変倍時にほぼ一定となるように構成されている。
【００３３】
０．３＜ｆＷ／｜ｆ１｜＜０．６ ………… （１）
１．１＜ｆＴ／｜ｆ１｜＜１．６ ………… （２）
０．４＜ｆ２／ｆ３＜０．８ ………… （３）
０．１５＜Ｄ２Ｗ／ｆ３＜０．３ ………… （４）
ν２Ｐ＞６８ ………… （５）
Ｎ１ｎ＞１．７２ ………… （６）
ν１ｎ−ν１ｐ＞１１ ………… （７）
２．５＜（Ｒ４＋Ｒ３）／（Ｒ４−Ｒ３）＜６ ……… （８）
ただし、ｆｉは第ｉレンズ群Ｇｉの焦点距離、ｆＷは広角端における全系の焦点距離、ｆＴは望遠端における全系の焦点距離、Ｄ２Ｗは広角端の無限遠合焦時における第２レンズ群Ｇ２の最も像側の面から第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面までの間隔、ν２ｐは第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値、Ｎ１ｎは第１レンズ群Ｇ１の負レンズの屈折率、ν１ｎは第１レンズ群Ｇ１の負レンズのアッベ数、ν１ｐは第１レンズ群Ｇ１の正レンズのアッベ数、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ第１レンズ群Ｇ１の正レンズの物体側の面および像側の面の曲率半径である。
【００３４】
次に、この実施例１にかかるズームレンズの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（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表１に示す。
【００３５】
なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表４において同じ）。
【００３６】
また、表２に表１中の軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.71ｍｍ）から望遠端(f=24.39ｍｍ)に亘る可変１、可変２および可変３の可変範囲を示す。
【００３７】
【表１】
【表２】
なお、表１の下段には広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、ＦＮＯおよび画角２ωの値が示されている。
また、表２（表５において同じ）において「至近距離」とは面１の頂点から０.２ｍの位置を表す。
【００４０】
また、本実施例においては、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）、第４レンズＬ４の両面（第８、９面）および第６レンズＬ６の物体側の面（第１２面）に下記数１の非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００４１】
【数１】
また、下記表３には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表１における１、８、９、１２の各面のＲ値を代入する。
【００４３】
【表３】
図２は上記実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差および歪曲収差）を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびメリディオナル像面に対する収差が示されている（図３についても同じ）。この図２から明らかなように、実施例１のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。
【００４５】
なお、前述した条件式（１）〜（８）は全て満足されており各々の値は下記表７に示す如く設定されている。
【００４６】
＜実施例２＞
次に、実施例２の３群ズームレンズについて説明する。図４は、実施例２の３群ズームレンズの広角端（WIDE)および望遠端(TELE)におけるレンズ構成図を示すものである。
この実施例２のレンズは、上記実施例１のレンズとほぼ同様のレンズ構成とされているが、第１レンズＬ１は物体側に後述する非球面を向けた凹レンズとされている点で異なっている。
【００４７】
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およびアッベ数νを下記表４に示す。
また、表５に表４中の軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.70ｍｍ）から望遠端（f=24.37ｍｍ）に亘る可変１、可変２および可変３の可変範囲を示す。
【００４８】
【表４】
【表５】
なお、表４の下段には広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、ＦＮＯおよび画角２ωの値が示されている。
【００５１】
また、本実施例のズームレンズは、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）、第２レンズＬ２の物体側の面（第３面）、第３レンズＬ３の物体側の面（第６面）、第４レンズＬ４の物体側の面（第８面）および第６レンズＬ６の物体側の面（第１２面）に上記非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００５２】
また、下記表６には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表４における１、３、６、８、１２の各面のＲ値を代入する。
【００５３】
【表６】
図３は上記実施例２のズームレンズの広角端および望遠端における諸収差を示す収差図である。この図３から明らかなように、実施例２のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。
【００５５】
なお、前述した条件式（１）〜（８）は全て満足されており、各々の値は下記表７に示す如く設定されている。
【００５６】
【表７】
なお、本発明の３群ズームレンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数や形状は適宜選択し得る。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３群ズームレンズによれば、無限遠合焦時において第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変倍時にほぼ一定としているので、撮像面からの射出瞳位置を適切に設定しつつ、リアーフォーカス方式の採用が可能になる。
【００５９】
また、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成し、さらに３つのレンズ群にそれぞれ少なくとも１つの非球面を使用することで、小型でありながら諸収差を良好に補正することができる。
【００６０】
さらに、本発明の３群ズームレンズは、全てのレンズ群が移動可能とされているので、メカ的に沈胴機構を取り付けることが比較的容易であり、全長をさらに短くすることも可能となる。
【００６１】
さらに、本発明の３群ズームレンズによれば、前述した５つの条件式（１）〜（５）を満足している。
【００６２】
これにより、Ｆ2.8程度の明るさを有するとともに２．５倍以上の変倍比を有し、フォーカシングの高速化を図ることが可能であり、レンズ前面から撮像面までの全長が最大撮像サイズ（＝最大像高×２）の６倍以下と小型でありながら、充分な高解像力を発揮し得る、色収差を含めた諸収差が良好な３群ズームレンズを得ることができる。特に、第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値を規定する上記条件式（５）を満足することで、F2.8程度の明るさを得る場合にも、レンズ全系における色収差を良好な範囲のもの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を示す概略図
【図２】 実施例１に係るレンズの広角端および望遠端における収差図
【図３】 実施例２に係るレンズの広角端および望遠端における収差図
【図４】 本発明の実施例２に係るレンズ基本構成を示す概略図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ６ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１５ レンズ面の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１４ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ 光軸
１ 結像面
３ 絞り
Claims (2)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列されるとともに、前記第２レンズ群内には光量を調節する絞りが配設され、
広角から望遠に向かって変倍する際には、前記第１レンズ群を前記第２レンズ群に相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を物体側に移動させ、
無限遠から近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群を物体側に移動させる３群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は負レンズと正レンズの２枚で構成されるとともに前記第２レンズ群は１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成され、かつ前記各レンズ群の各々が少なくとも１つの非球面を有し、
無限遠合焦時においては、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は変倍時に一定となるように構成され、
さらに下記の条件式（１）から（５）を満足することを特徴とする３群ズームレンズ。
０．３＜ｆＷ／｜ｆ１｜＜０．６ ………… （１）
１．１＜ｆＴ／｜ｆ１｜＜１．６ ………… （２）
０．４＜ｆ２／ｆ３＜０．８ ………… （３）
０．１５＜Ｄ２Ｗ／ｆ３＜０．３ ………… （４）
ν２Ｐ＞６８ ………… （５）
ただし、ｆｉは第ｉレンズ群の焦点距離、ｆＷは広角端における全系の焦点距離、ｆＴは望遠端における全系の焦点距離、Ｄ２Ｗは広角端の無限遠合焦時における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの間隔、ν２Ｐは第２レンズ群の正レンズのアッベ数の平均値である。 - 前記第１レンズ群は物体側から順に、像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの２枚で構成され、
前記第２レンズ群は物体側から順に、両凸レンズ、物体側に強い曲率の凸面を向けた正レンズおよび像側に強い曲率の凹面を向けた負レンズの３枚で構成され、
前記第３レンズ群は物体側に強い曲率の凸面を向けた１枚の正レンズで構成され、
前記第１レンズ群の前記負レンズおよび前記第２レンズ群の少なくとも１つの前記正レンズの各々が非球面を有するように構成され、
前記絞りが、前記第２レンズ群の最も物体側に配設され、
さらに、下記条件式（６）から（８）を満足することを特徴とする請求項１記載の３群ズームレンズ。
Ｎ１ｎ＞１．７２ ……… （６）
ν１ｎ−ν１ｐ＞１１ ……… （７）
２．５＜（Ｒ４＋Ｒ３）／（Ｒ４−Ｒ３）＜６ ……… （８）
ただし、Ｎ１ｎは第１レンズ群の負レンズの屈折率、ν１ｎは第１レンズ群の負レンズのアッベ数、ν１ｐは第１レンズ群の正レンズのアッベ数、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ第１レンズ群の正レンズの物体側の面および像側の面の曲率半径である。
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