JP2010122536A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高倍率なズーム機能を有しつつ、画面全体にわたって高画質な画像を得ることが可能なズームレンズを提供する。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、第２レンズ群を通過した光像を補正する補正レンズ群を備え、第１レンズ群と第２レンズ群との距離は変化し、第２レンズ群は物体側から順に、負の単レンズと、負レンズと正レンズとを接合した負の接合レンズとを含み、負の単レンズと負レンズとのアッベ数の平均値をν２ｎａｖ、屈折率をｎ２１、物体側および像面側の曲率半径をＲ２１１，Ｒ２１２、負レンズの物体側および像面側の曲率半径をＲ２２１，Ｒ２２２、とすると、３０＜ν２ｎａｖ＜４０、１．９＜ｎ２１、−２．５＜（Ｒ２１２＋Ｒ２１１）／（Ｒ２１２−Ｒ２１１）＜−２．０、−０．２＜（Ｒ２２２＋Ｒ２２１）／（Ｒ２２２−Ｒ２２１）＜０．３を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明はビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に搭載されるズームレンズに関する。

ビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載される撮影系には、複数のレンズが設けられている。近年では、上記撮像系の機能として高倍率ズーム機能が強く求められている。
従来の撮像装置は、例えば、正負正負正の５つのレンズ群からなり、そのレンズ構成枚数は１６〜１７枚程度である。このような撮像装置は、コンパクトではあるがズーム倍率が５０倍程度に留まる（例えば、特許文献１，２）。

また、放送用テレビカメラのようにズーム倍率が１００倍程度の撮像装置が開示されている（例えば、特許文献３）。しかし、この撮像装置は、テレビ放送のために用いられるような業務用のものであるため、多数のレンズが用いられて巨大な光学系となってしまう。このため、このような撮像装置は、民生用には適用できない。

また、さらに高いズーム倍率を有するものとして、光学系を前部と後部とに分けて、中間像を形成することによって３００倍の高倍率を達成した撮像装置が開示されている（例えば、特許文献４）。しかし、この場合でも、中間像を形成するために光学系が巨大になってしまう。
特開２００１−０３３７０３号公報（平成１３年２月９日公開） 特開２００６−０９９１３０号公報（平成１８年４月１３日公開） 特開２００４−２６４４５７号公報（平成１６年９月２４日公開） 国際公開第２００４／０１０１９９号パンフレット（平成１６年１月２９日公開）

しかしながら、近年では、撮像素子の高集積化や小型化により１画素の大きさが２μｍを下回り、光学系には高い解像度が求められている。このため、特に小型化した場合に、高倍率を維持しつつズーム範囲全域に亘って画像の全領域において高画質を確保することは困難である。

本発明の課題は、高倍率なズーム機能を有しつつ、ズーム範囲全域に亘って高画質な画像を得ることが可能なズームレンズを提供することにある。

第１の発明に係るズームレンズは、物体側から像面側に向けて、順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、第２レンズ群を通過した光像を補正する補正レンズ群と、を備えている。第１レンズ群と第２レンズ群との距離は、変化する。第２レンズ群は、物体側から順に、負の単レンズと、負レンズと正レンズとを接合した負の接合レンズと、を含む。ここで、負の単レンズと負レンズとのアッベ数の平均値をν２ｎａｖ、負の単レンズの屈折率をｎ２１、物体側の曲率半径をＲ２１１、像面側の曲率半径をＲ２１２、負レンズの物体側の曲率半径をＲ２２１、像面側の曲率半径をＲ２２２、とする。そして、当該ズームレンズは、下記（１）〜（４）の条件式を満足する。
３０＜ν２ｎａｖ＜４０・・・（１）
１．９＜ｎ２１・・・（２）
−２．５＜（Ｒ２１２＋Ｒ２１１）／（Ｒ２１２−Ｒ２１１）＜−２．０・・・（３）
−０．２＜（Ｒ２２２＋Ｒ２２１）／（Ｒ２２２−Ｒ２２１）＜０．３・・・（４）

ここでは、民生用カメラ等に搭載されるズームレンズおいて、高倍率を維持しつつ、画像の全領域において高画質を確保することを可能にするために、以下のような構成を採用している。
当該ズームレンズは、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化するズームレンズであって、第１レンズ群は正の屈折力を有し、第２レンズ群は負の屈折力を有する。また、第２レンズ群は、２つの負レンズを有し、一方は単一の負レンズであり、他方は負レンズと正レンズとの接合レンズである。ここで、負の単レンズと負レンズとのアッベ数の平均値をν２ｎａｖ、負の単レンズの屈折率をｎ２１、物体側の曲率半径をＲ２１１、像面側の曲率半径をＲ２１２、負レンズの物体側の曲率半径をＲ２２１、像面側の曲率半径をＲ２２２、とする。この場合、当該ズームレンズは、上記（１）〜（４）の条件式を満足する。

ここで、正の屈折力とは、物体側から入射した光を像面側に向けて絞る屈折力である。反対に、負の屈折力とは、物体側から入射した光を像面側に向けて拡大する屈折力である。正レンズとは、レンズの縁よりも中央の方が厚いレンズである。負レンズとは、レンズの縁よりもレンズの中央の方が薄いレンズである。単レンズとは、１枚のレンズによって構成されているレンズである。接合レンズとは、複数枚のレンズによって構成されているレンズである。条件式（１）は、色収差の発生量を規定する。条件式（２）は、レンズの屈折率を規定する。条件式（３）は、レンズの形状を規定する。条件式（４）は、レンズの形状を規定する。

近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影系には、例えば７０倍といった高倍率が可能なズームレンズが要求されている。しかしながら、高倍率になればなるほど、種々の収差が顕著になるため、画像の全領域に亘って高画質な画像を得ることが困難になる。
そこで、本発明のズームレンズは、相対距離が変化する第１レンズ群と第２レンズ群とを備え、第２レンズ群が以下の上記条件式（１）〜（４）を満足している。

このような構成により、条件式（１）を満たすことによって、ズーム範囲全域に亘って色収差を補正（軽減）することができる。条件式（２）を満たすことによって、レンズの像面側の曲率および負の屈折力を適度な値で維持することができる。条件式（３）を満たすことによって、物体側面で発生する歪曲収差を軽減し、コマ収差および像面湾曲の変動を軽減することができる。条件式（４）を満たすことによって、球面収差、コマ収差、像面湾曲の発生量を軽減することができる。

この結果、第２レンズ群を通過した光像の球面収差やコマ収差などのザイデルの５収差と色収差との補正レンズ群における補正を、ズーム範囲全域に亘って容易に両立することが可能になる。したがって、高倍率ズームを可能にしつつ取得した画像の全領域において高画質を確保することができる。

第２の発明に係るズームレンズは、第１の発明に係るズームレンズであって、正レンズの屈折率をｎ２３とすると、下記条件式（５）を満足する。
１．９＜ｎ２３・・・（５）

ここでは、第２レンズ群において、屈折率が１．９よりも高い正レンズが採用される。
ここで、ガラス材料において１．９という屈折率は、比較的高い屈折率である。

これにより、接合面の曲率が小さい正レンズを用いることができる。したがって、第２レンズ群の正レンズを、コマ収差の発生量が少ない正レンズ１枚のみで構成することが可能になる。
この結果、第２レンズ群のレンズ枚数は３枚のみとなり、少ない構成枚数で第２レンズ群を構成することが可能になる。したがって、広角端から望遠端までのズーム範囲の全範囲において良好な画質を得ることができるコンパクトなズームレンズを提供することができる。

第３の発明に係るズームレンズは、第１または第２の発明に係るズームレンズであって、第３レンズ群と第４レンズ群と第５レンズ群とを有する。第３レンズ群は、正の屈折力を有する。第４レンズ群は、負の屈折力を有する。第５レンズ群は、正の屈折力を有する。第２レンズ群は、光軸上において可動である。第３レンズ群は、光軸方向において固定されている。第４レンズ群は、光軸上において可動である。第５レンズ群は、光軸方向において固定されている。

ここでは、第１〜第５レンズ群のうち、第２および第４レンズ群が光軸上で可動である。
ここで、これらのレンズ群を固定するものやレンズ群の変動時にガイドの役割りを果たすものは、例えば、当該ズームレンズが搭載されるカメラ等の筐体であってもよい。また、第１レンズ群は、固定されていてもよく、変位可能であってもよい。

これにより、第２レンズ群と第３レンズ群との相対距離が変動し、倍率を変化させることができる。また、第３および第５レンズと第４レンズとの相対距離が変化し、変倍または物体距離の変化に伴う像面の変動を補正することができる。

第４の発明に係るズームレンズは、第１から第３の発明のいずれか１つに係るズームレンズであって、負の単レンズの焦点距離をｆ２１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第２レンズ群が広角端に位置する場合における全系の焦点距離をｆｗとすると、下記条件式（６）および（７）を満足する。
０．４＜｜ｆ２／ｆ２１｜＜０．６・・・（６）
１．７＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９・・・（７）

ここでは、レンズ群やレンズの焦点距離を規定する。
ここで、条件式（６）は、第２レンズ群を構成するレンズの屈折力を規定する。条件式（７）は、第２レンズ群全体の屈折力を規定する。また、全系の焦点距離とは、当該ズームレンズの焦点距離である。

これにより、条件式（６）を満たすことによって、広角端時の歪曲収差や球面収差およびコマ収差の発生量を軽減することを可能にしつつ、小型化を実現することができる。また、条件式（７）を満たすことによって、ペッツバール和の値を良好な値に保ちつつ、高倍率を実現するためのズームストロークを従来よりも短くすることができる。
この結果、したがって、高倍率かつコンパクトな像面特性の良いズームレンズを提供することが可能になる。

第５の発明に係るズームレンズは、第１から第４の発明のいずれか１つに係るズームレンズであって、第１レンズ群は、物体側より順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、両レンズ面が凸面の正レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、を含む。第１レンズ群における各正レンズは、下記条件式（８）を満足する硝子材料を少なくとも２枚有している。
０．０３＜Ｐ（ｇ，Ｆ）−（０．６４８２−０．００１８νｄ）・・・（８）
ただし、
Ｐ（ｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
νd＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率である。

ここでは、第１レンズ群の正レンズの波長毎の屈折率を規定する。
ここで、条件式（８）は、第１レンズ群の正レンズの異常分散性を規定する。

これにより、色収差の２次スペクトルを低減することができる。
この結果、小さい倍率色収差および小さい軸上色収差を実現することが可能になる。

第６の発明に係るズームレンズは、第５の発明に係るズームレンズであって、第１レンズ群の正レンズの硝子材料のアッべ数の平均値をν１ｐａｖとしたとき、下記の条件式（９）を満足する。
７０＜ν１ｐａｖ＜８０・・・（９）

ここで、条件式（９）は、第１レンズ群を構成する正レンズのアッベ数を規定する。

これにより、望遠時に発生しやすい色収差を、第１レンズの正レンズによる補正において補正不足や過剰補正を防ぐことができる。
この結果、高倍率ズーム時において従来よりも良質な画像を得ることが可能になる。

第７の発明に係るズームレンズは、第１から第６の発明のいずれか１つに係るズームレンズであって、第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面のレンズを含む。

これにより、光の入射位置によって球面収差やコマ収差をそれぞれ精密に補正することができる。
この結果、ズーム範囲の全範囲において良好な光学特性を得ることが可能になる。

本発明のズームレンズによれば、変倍比が高倍率（例えば７０倍）であっても、ズーム範囲全域に亘って高画質な画像を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るズームレンズ１０を図１を用いて以下で説明する。
ズームレンズ１０は、図１に示すように、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１、負の屈折力を有する第２レンズ群２、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群３、負の屈折力を有する第４レンズ群４、正の屈折力を有する第５レンズ群５、および等価硝子ＥＧを備えている。

ズームレンズ１０では、第１レンズ群１、第２レンズ群２、および第４レンズ群４が光軸方向において可動である。第１レンズ群１と第２レンズ群２との間の距離が変化することにより、倍率を変化させることが可能である。また、第４レンズ群４が可動であることにより、物体とズームレンズ１０との間の距離の変化に伴う像面の変動を補正することができる。

第１レンズ群１は、物体側から順に、接合レンズと、両凸正レンズ１３と、正メニスカスレンズ１４と、を有している。第１レンズ群１の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ１１と、両凸正レンズ１２と、を貼りあわせて構成されている。正メニスカスレンズ１４は、物体側に向けて凸面を有している。

第２レンズ群２は、物体側から順に、負メニスカスレンズ２１と、接合レンズと、を有している。負メニスカスレンズ２１は、物体側に向けて凸面を有している。第２レンズ群の接合レンズは、両凹負レンズ２２と、物体側に向けて凸面を有する正メニスカスレンズ２３と、を貼りあわせて構成されている。

第３レンズ群３は、物体側から順に、両凸正レンズ３１と、接合レンズと、を有している。第３レンズ群３の接合レンズは、両凸正レンズ３２と像面側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ３３とを貼りあわせて構成されている。また、第３レンズ群３は、少なくとも一方の面が非球面を有するレンズを含む。なお、第３レンズ群３は、光軸方向に固定されており、変倍時および合焦時においても変動しない。

第４レンズ群４は、物体側から順に、正メニスカスレンズ４１と両凹負レンズ４２とを貼り合わせて構成される接合レンズを有している。正メニスカスレンズ４１は、像面側に向けて凸面を有している。

第５レンズ群５は、物体側から順に、正の接合レンズと両凸正レンズ５３とを有している。第５レンズ群５の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ５１と両凸正レンズ５２とを貼りあわせて構成されている。第５レンズ群は、光軸方向に固定されており、変倍時及び合焦時においても変動しない。
等価硝子ＥＧは、撮像素子のカバー硝子およびローパスフィルター等である。

次に、本発明の第２実施形態に係るズームレンズ２０を図５を用いて説明する。
ズームレンズ２０は、図５に示すように、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１、負の屈折力を有する第２レンズ群２、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群３、負の屈折力を有する第４レンズ群４、正の屈折力を有する第５レンズ群５、および等価硝子ＥＧを備えている。

ズームレンズ２０では、第２レンズ群２と第４レンズ群４とは、光軸方向に可動である。第２レンズ群２が変位することにより、倍率を変化させることができる。また、第４レンズ群４が変位することにより、物体とズームレンズ２０との距離の変化に伴う像面の変動を補正することができる。第１レンズ群１、第３レンズ群３および第５レンズ群５は、光軸方向において固定されている。

第１レンズ群１は、物体側から順に、接合レンズと、両凸正レンズ１３と、正メニスカスレンズ１４と、を有している。第１レンズ群１の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ１１と、両凸正レンズ１２と、を貼りあわせて構成されている。正メニスカスレンズ１４は、物体側に向けて凸面を有している。なお、第１レンズ群１は、光軸方向に固定されており、変倍時および合焦時においても変動しない。

第２レンズ群２は、物体側から順に、負メニスカスレンズ２１と、接合レンズと、を有している。負メニスカスレンズ２１は、物体側に向けて凸面を有している。第２レンズ群の接合レンズは、両凹負レンズ２２と、物体側に向けて凸面を有する正メニスカスレンズ２３と、を貼りあわせて構成されている。

第３レンズ群３は、物体側から順に、両凸正レンズ３１と、接合レンズと、を有している。第３レンズ群３の接合レンズは、両凸正レンズ３２と像面側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ３３とを貼りあわせて構成されている。また、第３レンズ群３は、少なくとも一方の面が非球面を有するレンズを含む。なお、第３レンズ群３は、光軸方向に固定されており、変倍時および合焦時においても変動しない。

第４レンズ群４は、物体側から順に両凹負レンズ４１ａと正メニスカスレンズ４２ａとを貼り合わせて構成される接合レンズを有している。正メニスカスレンズ４２ａは、物体側に向けて凸面を有している。

第５レンズ群５は、物体側から順に、正の接合レンズと両凸正レンズ５３とを有している。第５レンズ群５の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ５１と両凸正レンズ５２とを貼りあわせて構成されている。第５レンズ群は、光軸方向に固定されており、変倍時及び合焦時においても変動しない。
等価硝子ＥＧは、撮像素子のカバー硝子およびローパスフィルター等である。

次に、本発明の第３実施形態に係るズームレンズ３０を図９を用いて説明する。
ズームレンズ３０は、図９に示すように、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１、負の屈折力を有する第２レンズ群２、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群３、負の屈折力を有する第４レンズ群４、正の屈折力を有する第５レンズ群５、および等価硝子ＥＧを備えている。

ズームレンズ３０では、第２レンズ群２と第４レンズ群４とは、光軸方向に可動である。第２レンズ群２が変位することにより、倍率を変化させることができる。また、第４レンズ群４が変位することにより、物体とズームレンズ３０との距離の変化に伴う像面の変動を補正することができる。第１レンズ群１、第３レンズ群３および第５レンズ群５は、光軸方向において固定されている。

第１レンズ群１は、物体側から順に、接合レンズと、両凸正レンズ１３と、正メニスカスレンズ１４と、を有している。第１レンズ群１の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ１１と、両凸正レンズ１２と、を貼りあわせて構成されている。正メニスカスレンズ１４は、物体側に向けて凸面を有している。なお、第１レンズ群１は、光軸方向に固定されており、変倍時および合焦時においても変動しない。

第２レンズ群２は、物体側から順に、負メニスカスレンズ２１と、接合レンズと、を有している。負メニスカスレンズ２１は、物体側に向けて凸面を有している。第２レンズ群の接合レンズは、両凹負レンズ２２と、物体側に向けて凸面を有する正メニスカスレンズ２３と、を貼りあわせて構成されている。

第３レンズ群３は、物体側から順に、両凸正レンズ３１と、接合レンズと、を有している。第３レンズ群３の接合レンズは、両凸正レンズ３２と像面側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ３３とを貼りあわせて構成されている。また、第３レンズ群３は、少なくとも一方の面が非球面を有するレンズを含む。なお、第３レンズ群３は、光軸方向に固定されており、変倍時および合焦時においても変動しない。

第４レンズ群４は、物体側から順に、正メニスカスレンズ４１と両凹負レンズ４２とを貼り合わせて構成される接合レンズを有している。正メニスカスレンズ４１は、物体側に向けて凸面を有している。

第５レンズ群５は、物体側から順に、正の接合レンズと両凸正レンズ５３とを有している。第５レンズ群５の接合レンズは、物体側に向けて凸面を有する負メニスカスレンズ５１と両凸正レンズ５２とを貼りあわせて構成されている。第５レンズ群は、光軸方向に固定されており、変倍時及び合焦時においても変動しない。
等価硝子ＥＧは、撮像素子のカバー硝子およびローパスフィルター等である。

上記第１〜３実施形態においては、第１レンズ群１に４枚、第２レンズ群２に３枚、第３レンズ群３に３枚、第４レンズ群４に２枚、第５レンズ群５に３枚の計１５枚のレンズが設けられている。このように、ズームレンズ１０，２０，３０は、従来のズームレンズに対して比較的レンズ枚数が少ない構成ながら７０倍の高倍率ズーム機能を有する。これにより、ズームレンズ１０，２０，３０は、従来よりもコンパクトなサイズで高倍率ズーム機能を備えることができる。

ここで、第１〜３実施形態に係るズームレンズ１０，２０，３０において、第２レンズ群２に用いられる負メニスカスレンズ２１および両凹負レンズ２２の硝子材料のアッベ数の平均値をν２ｎａｖ、負メニスカスレンズ２１の屈折率をｎ２１、負メニスカスレンズ２１の物体側の曲率半径をＲ２１１、負メニスカスレンズ２１の像側の曲率半径をＲ２１２、両凹負レンズ２２の物体側の曲率半径をＲ２２１、両凹負レンズ２２の像側の曲率半径をＲ２２２、物体側に向けて凸面を有する正メニスカスレンズ２３の屈折率をｎ２３とする。この場合、ズームレンズ１０，２０，３０は、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を満足する。
３０＜ν２ｎａｖ＜４０ ・・・（１）
１．９＜ｎ２１ ・・・（２）
−２．５＜（Ｒ２１２＋Ｒ２１１）／（Ｒ２１２−Ｒ２１１）＜−２．０・・・（３）
−０．２＜（Ｒ２２２＋Ｒ２２１）／（Ｒ２２２−Ｒ２２１）＜０．３・・・（４）
１．９＜ｎ２３ ・・・（５）
条件式（１）は、第２レンズ群２における負レンズによる色収差の発生量を規定する条件式である。

ここで、高倍率ズームレンズでは、変倍レンズ群および像面位置補正レンズ群の光軸方向の移動量が大きくなり、変倍によっていわゆるザイデルの５収差および色収差の変動が大きくなる。特に、望遠側において、軸上と倍率の色収差補正とが課題になる。しかし、第１レンズ群には異常分散性のある硝子材料を用いるのが通例である。このため、第２レンズ群のレンズ枚数が３枚という少ない枚数である場合、広角側から望遠側までの全範囲において色収差を良好かつバランス良く補正することが困難になる。

しかし、ズームレンズ１０，２０，３０は、条件式（１）を満足することによって、色収差をズーム全域にわたって良好に補正することが可能になる。
一方、条件式（１）の範囲外の硝子材料で第２レンズ群２の負レンズを構成した場合、色収差補正のためにレンズ面の屈折力を変化させる必要がある。この場合、球面収差、コマ収差、像面湾曲などのザイデル５収差の補正との両立が困難となり、好ましくない。

条件式（２）は、第２レンズ群２の負メニスカスレンズ２１における硝子材料の屈折率に関するものである。条件式（２）において、範囲外の低屈折率の硝子材料を用いると、負の屈折力を維持するために像面側の曲率を大きくする、あるいは、物体側面で負の屈折力を強くする必要がある。この場合、コマ収差および像面湾曲の補正が困難になったり、歪曲収差が大きくなったり、ペッツバール和が悪化したりするので好ましくない。

条件式（３）は、第２レンズ群２の負メニスカスレンズ２１における形状に関するものである。
ここで、高倍率ズームレンズでは、広角側において第２レンズ群２を通過する軸外光線が高く、特に歪曲収差の発生が大きくなる。条件式（３）の上限を超えると、物体側の曲率を小さくする、あるいは、像側の曲率を大きくする必要がある。この場合、物体側面で発生する歪曲収差が大きくなり、好ましくない。一方、条件式（３）の下限を超えると、メニスカス性が強くなる。したがって、負の屈折力を維持するためには、曲率が大きくなりすぎるため、諸収差の補正が困難となる。この場合、コマ収差および像面湾曲の変動が大きくなり、好ましくない。

条件式（４）は、第２レンズ群２の両凹負レンズ２２における形状に関するものである。この両凹負レンズ２２の形状は、物体側と像側との曲率が絶対値で等しい程度が望ましい。

条件式（４）の上限を超えると、屈折力を維持した状態では物体側の曲率が大きくなる。したがって、球面収差、コマ収差、像面湾曲の発生量が大きくなる。このため、望遠側では補正過剰となり、広角側では負の歪曲収差が大きく発生する。一方、条件式（４）の下限を超えると、物体側の曲率が小さくなり、球面収差、コマ収差および像面湾曲が補正不足となり、好ましくない。

条件式（５）は、第２レンズ群２における正レンズを１枚のみで構成するための条件式である。条件式（５）を満たすためには、高屈折率の硝子材料を用いればよい。これにより、接合面の曲率を小さくすることが可能となり、コマ収差の発生量を軽減することができる。

以上の条件式（１）〜（５）を満足することによって、ズームレンズ１０，２０，３０は、第２レンズ群２を従来よりも少ない構成枚数（３枚）で、高い望遠機能を有しつつ、広角端から望遠端までの全ズーム領域において、光学性能を良好に保つことが可能になる。

またここで、第１〜３実施形態において、第２レンズ群２に用いられる負の単レンズである負メニスカスレンズ２１の焦点距離をｆ２１、第２レンズ群２全体の焦点距離をｆ２、広角端におけるズームレンズ１０，２０，３０全系の焦点距離をｆｗとする。この場合、ズームレンズ１０，２０，３０は、下記条件式（６）および（７）を満足する。
０．４＜｜ｆ２／ｆ２１｜＜０．６ ・・・（６）
１．７＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９ ・・・（７）
条件式（６）は、第２レンズ群２を構成するレンズの屈折力を規定したものである。

従来では、負レンズ（本実施形態では負メニスカスレンズ２１）の屈折力を強くして、第２レンズ群２の前側主点位置を前方に配置し、小型化しようとした例がある。しかし、この場合、倍率を高くするに連れて歪曲が大きくなり、好ましくない。条件式（６）の上限を超えると、広角側において負のたる型歪曲が大きくなる。反対に条件式（６）の下限を超えると、接合レンズＧ２Ｎの屈折力を強くしなければならない。したがって、球面収差やコマ収差が大きくなり、好ましくない。

条件式（７）は、第２レンズ群２全体の屈折力を規定したものである。
条件式（７）の上限を超えて第２レンズ群２の屈折力が弱い場合、変倍のためのズームストロークが長くなる。この場合、ズームレンズの全長が長大化するため、好ましくない。反対に条件式（７）の下限を超えて第２レンズ群２の屈折力が強い場合、ペッツバール和が悪化する。この場合、像面特性を良好に保つことができないため、好ましくない。

また、第１〜３実施形態において、ｎｇをｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、ｎＦを、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、ｎＣを、Ｃ線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率、ｎｄをｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率とする。また、
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
νd＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
とする。この場合、第１レンズ群１は、下記条件式（８）を満足する硝子材料を用いた正レンズを少なくとも２枚以上有する。
０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ） ・・・（８）
条件式（８）は第１レンズ群１を構成している正レンズの異常分散性に関するものである。ズームレンズ１０，２０，３０の第１レンズ群１は、望遠側で軸上光線高や軸外の主光線高が高くなり軸上色収差および倍率色収差に大きな影響を及ぼす。Ｃ線（赤）とｇ線（青）とを同じ焦点位置に補正した場合、これらの焦点とｄ線の焦点との間には位置的な差が生じる。この差は、いわゆる２次スペクトルと呼ばれるものであり、一般的に高倍率ズームレンズの望遠側で顕著に大きくなる。条件式（８）の範囲をはずれて、異常分散の効果が少なくなると、２次スペクトルが大きくなり、倍率および軸上の色収差が悪化する。第２レンズ群２の正レンズに、異常分散性を有する硝子材料からなるレンズを少なくとも２枚以上用いることにより、色収差の２次スペクトルを低減させることができる。したがって、小さい倍率色収差および小さい軸上色収差を実現することができる。

また、第１〜３実施形態において、第１レンズ群１における正レンズの硝子材料のアッベ数の平均値をν１ｐａｖとする。この場合、ズームレンズ１０，２０，３０は、下記条件式（９）を満足する。
７０＜ν１ｐａｖ＜８０ ・・・（９）
条件式（９）は、第１レンズ群１を構成している正レンズの硝子材料のアッベ数に関するものである。

ここで、高倍率機能を有するズームレンズでは、望遠側での焦点距離が長くなる。このため、このようなズームレンズでは、色収差の発生が大きくなる。この収差を補正するために、正レンズの硝子材料には低分散硝子が用いられる。

条件式（９）の下限を下回ると、色収差が補正不足となり、好ましくない。反対に、条件式（９）の上限を超えると補正過剰となり、好ましくない。したがって、ズームレンズ１０，２０，３０では、条件式（９）を満足することによって、色収差を適切に補正することが可能になる。

また、第１〜３実施形態では、第３レンズ群３において一方の面が非球面であるレンズを少なくとも１つ含む。第３レンズ群３は、光軸方向において固定されている。このため、広角側で軸上光線高が高くなり、軸上性能に大きな影響を与える。ズームレンズ１０，２０，３０では、一方の面が非球面であるレンズを含むことによって、球面収差やコマ収差を適切に補正することができる。したがって、全変倍範囲において良好な光学性能を得ることが可能になる。

以上のように、第１〜３実施形態において、適切な硝子材料を用い、屈折力や構成を適切に設定することにより、７０倍という高い変倍比ながら収差が良好に補正され、かつ、低コストで高性能なズームレンズを得ることが可能になる。

本発明の第１実施形態であるズームレンズ１０の実施例に関する数値を表１に示す。表１において、面番号は、物体側から順に数えたレンズ（絞りＳおよび等価硝子ＥＧを含む）面の番号である。ｒは、各レンズ面の曲率半径である。ｄは、各レンズの肉厚及び空気間隔である。ｎは、各レンズのｄ線における屈折率である。νは、ｄ線を基準にするアッベ数である。また、ズームレンズ１０全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、そして画角を２ωとする。表１における＊印を付した面は、非球面で構成された面である。この非球面の形状は、次の式で表される。
ｘ＝（ｈ²／ｒ）／（１＋（１−（Ｋ＋１）ｈ²／ｒ²）^1/2）＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｃｈ⁸＋Ｄｈ¹⁰
ただし、ｘは、光軸からの高さがｈの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、ｒは、基準球面の曲率半径とする。また、非球面係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、表１に示されるとおりである。
なお、レンズ系全体のＦ値は１．９２〜５．７７、焦点距離ｆは１．７６〜１１８．４ｍｍである。

表１に示す特性を有するズームレンズ１０を用いた場合において、広角端、中間および望遠端における諸収差の発生量を図２〜図４を用いてそれぞれ示す。

ここで、ズームレンズ１０全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、画角を２ωとする。また、図２〜図４の収差図のうちの各図の球面収差図において、ＦはＦ線を表し、ＣはＣ線を表す。また各図の非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。

図２〜図４によって、ズームレンズ１０では、収差の発生量が低い良好な光学性能を得ることができることが示された。

本発明の第２実施形態であるズームレンズ２０の実施例に関する数値を表２に示す。表２における面番号やｒ、ｄおよびｎなどが表す意味は、表１と同様である。
なお、レンズ系全体のＦ値は２．０６〜５．７１、焦点距離ｆは１．７５〜１１７．０ｍｍである。

表２に示す特性を有するズームレンズ２０を用いた場合において、広角端、中間および望遠端における諸収差の発生量を図６〜図８を用いてそれぞれ示す。

図６〜図８によって、ズームレンズ２０では、第１実施形態と同様に収差の発生量が低い良好な光学性能を得ることができることが示された。

本発明の第３実施形態であるズームレンズ３０の実施例に関する数値を表３に示す。表３における面番号やｒ、ｄおよびｎなどが表す意味は、表１と同様である。
なお、レンズ系全体のＦ値は２．００〜５．８０、焦点距離ｆは１．７９〜１１９．４ｍｍである。

表３に示す特性を有するズームレンズ３０を用いた場合において、広角端、中間および望遠端における諸収差の発生量を図１０〜図１２を用いてそれぞれ示す。

図１０〜図１２によって、ズームレンズ３０では、変倍比が７０倍と高倍率ながら、第１および第２実施形態と同様に収差の発生量が低い良好な光学性能を得ることができることが示された。

以上で説明した各実施形態における各数値を表４にまとめる。

本発明に係るズームレンズによれば、従来よりも少ないレンズ枚数で諸収差が良好に補正され、ズーム範囲全域に亘って、画面全体に高画質な画像を提供することができるという効果を奏することから、小型軽量の高倍率ズーム機能を有するカメラなどに利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るズームレンズの構成を示す概略図。 図１に示すズームレンズの広角端における収差性能を示す図。 図１に示すズームレンズの中間位置における収差性能を示す図。 図１に示すズームレンズの望遠端における収差性能を示す図。 本発明の第２実施形態に係るズームレンズの構成を示す概略図。 図５に示すズームレンズの広角端における収差性能を示す図。 図５に示すズームレンズの中間位置における収差性能を示す図。 図５に示すズームレンズの望遠端における収差性能を示す図。 本発明の第３実施形態に係るズームレンズの構成を示す概略図。 図９に示すズームレンズの広角端における収差性能を示す図。 図９に示すズームレンズの中間位置における収差性能を示す図。 図９に示すズームレンズの望遠端における収差性能を示す図。

符号の説明

１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群
５ 第５レンズ群
１０ ズームレンズ
１１ 負メニスカスレンズ
１２ 両凸正レンズ
１３ 両凸正レンズ
１４ 正メニスカスレンズ
２０ ズームレンズ
２１ 負メニスカスレンズ
２２ 両凹負レンズ
２３ 正メニスカスレンズ
３０ ズームレンズ
３１ 両凸正レンズ
３２ 両凸正レンズ
３３ 負メニスカスレンズ
４１ 正メニスカスレンズ
４１ａ 両凹負レンズ
４２ 両凹負レンズ
４２ａ 正メニスカスレンズ
５１ 負メニスカスレンズ
５２ 両凸正レンズ
５３ 両凸正レンズ
Ｓ 絞り
ＥＧ 等価硝子

Claims (7)

1. 物体側から像面側に向けて、順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、前記第２レンズ群を通過した光像を補正する補正レンズ群と、を備え、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離が変化するズームレンズであって、
   前記第２レンズ群は、前記物体側から順に、負の単レンズと、負レンズと正レンズとを接合した負の接合レンズと、を含み、
   前記負の単レンズと前記負レンズとのアッベ数の平均値をν２ｎａｖ、
   前記負の単レンズの屈折率をｎ２１、前記物体側の曲率半径をＲ２１１、前記像面側の曲率半径をＲ２１２、
   前記負レンズの前記物体側の曲率半径をＲ２２１、前記像面側の曲率半径をＲ２２２、
   とすると、下記（１）〜（４）の条件式を満足するズームレンズ。
   ３０＜ν２ｎａｖ＜４０・・・（１）
   １．９＜ｎ２１・・・（２）
   −２．５＜（Ｒ２１２＋Ｒ２１１）／（Ｒ２１２−Ｒ２１１）＜−２．０・・・（３）
   −０．２＜（Ｒ２２２＋Ｒ２２１）／（Ｒ２２２−Ｒ２２１）＜０．３・・・（４）
2. 前記正レンズの屈折率をｎ２３とすると、下記条件式（５）を満足する、
   請求項１に記載のズームレンズ。
   １．９＜ｎ２３・・・（５）
3. 前記補正レンズ群は、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、を有し、
   前記第２レンズ群は、光軸上において可動であり、
   前記第３レンズ群は、前記光軸方向において固定されており、
   前記第４レンズ群は、前記光軸上において可動であり、
   前記第５レンズ群は、前記光軸方向において固定されている、
   請求項１または２に記載のズームレンズ。
4. 前記負の単レンズの焦点距離をｆ２１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第２レンズ群が広角端に位置する場合における全系の焦点距離をｆｗとすると、下記条件式（６）および（７）を満足する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．４＜｜ｆ２／ｆ２１｜＜０．６・・・（６）
   １．７＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９・・・（７）
5. 前記第１レンズ群は、前記物体側から順に負レンズと正レンズとの接合レンズと、両レンズ面が凸面の正レンズと、前記物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、を含み、
   前記第１レンズ群における各正レンズは、下記条件式（８）を満足する硝子材料を少なくとも２枚有している請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．０３＜Ｐ（ｇ，Ｆ）−（０．６４８２−０．００１８νｄ）・・・（８）
   ただし、
   Ｐ（ｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   νd＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
   ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、
   ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、
   ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率、
   ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率である。
6. 前記第１レンズ群の前記正レンズの硝子材料のアッべ数の平均値をν１ｐａｖとしたとき、下記の条件式（９）を満足する請求項５に記載のズームレンズ。
   ７０＜ν１ｐａｖ＜８０・・・（９）
7. 前記第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面のレンズを含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。

Images