JP3570253B2 - 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、小型のビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に最適な、変倍比３倍程度のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型撮像装置にあっては、より一層の小型化が求められており、これに伴って、撮影用レンズ、特に、ズームレンズは全長の短縮等による小型化が求められている。
【０００３】
また、上記撮影用レンズ、特に、デジタルスチルカメラ用のものにあっては、小型化と共に、広角端での画角が７０〜８０°程度の広角域を含むズームレンズに対する要求が高まっており、同時に、撮像素子の高画素化に対応してレンズ性能の向上も求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
小型撮像装置用の小型のズームレンズとしては、物体側から順に、負の屈折率を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とから成るレトロフォーカスタイプの２群構成のズームレンズがある。しかし、このような２群構成のズームレンズにあっては、変倍比を大きくすることが難しく、また、ズーミング動作に伴って全長も変化するので小型の撮像機器用としては不適格である。
【０００５】
また、物体側から順に、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（バリエータ）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（コンペンセータ）と、正の屈折力を有する第４レンズ群（マスター）とから成る４群構成のズームレンズがある。しかし、このような４群構成のズームレンズは、全長が長くなってしまうため、小型の撮像機器用としては不適格である。
【０００６】
更に、特開平８−２４８３１８号公報に記載されたズームレンズ、即ち、物体側から順に、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（バリエータ）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（コンペンセータ）と、正の屈折力を有する第４レンズ群（マスター）とから成る４群構成のズームレンズのように、第１レンズ群の物体側の位置のレンズとレンズとの間にプリズムを配置し、第１レンズ群をプリズムを間に挟んで、物体側に負、像面側に正の屈折力を有するレンズ群に分割してアフォーカル系を構成すると共に、プリズムによって光路を折り曲げることによって前後長を短縮するようにしたものもあるが、このタイプのズームレンズは、レンズの構成枚数が多く、しかも依然として全長も長く、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度の小型のズームレンズを提供すること、及び第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミングを行うようにしたズームレンズにおいて、第１レンズ群を物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズによって構成し、νｄＬ１を第１レンズのｄ線でのアッベ数とすると、νｄＬ１＜３０の条件を満足するようにしたものである。
【０００９】
従って、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度のズームレンズを小型化すること、及び第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、図１乃至図４は第１の実施の形態（数値実施例１）、図５乃至図８は第２の実施の形態（数値実施例２）、図９乃至図１２は第３の実施の形態（数値実施例３）をそれぞれ示すものである。
【００１１】
初めに、各実施の形態における共通の事項について説明する。
【００１２】
尚、以下の説明において、「Ｓｉ」は物体側から数えてｉ番目の面、「Ｒｉ」は上記面Ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔、「ｎｄＬｉ」は第ｉレンズ（Ｌｉ）のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）での屈折率、「νｄＬｉ」は第ｉレンズ（Ｌｉ）のｄ線でのアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「Ｆｎｏ．」は開放Ｆ値、「ω」半画角を示すものとする。但し、ｎｄ又はνｄの後にＰ、ＬＰ、ＩＲ及びＣＧが付加されたものは、それぞれプリズム、ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ及び撮像素子のカバーガラスの屈折率又はアッベ数を示すものとする。
【００１３】
また、各実施の形態において用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。
【００１４】
非球面形状は、非球面の深さ（レンズ面の頂点からの光軸方向の距離）を「ｘ」、レンズ頂点での曲率半径を「ｒ」、円錐定数を「κ」とすると、
ｘ＝（ｙ２／ｒ）／１＋（１−κ・ｙ２／ｒ２）１／２＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０
によって定義されるものとする。尚、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０は、それぞれ４次、６次、８次及び１０次の非球面係数である。
【００１５】
第１乃至第３の実施例におけるズームレンズ１、２及び３は、図１、図５及び図９に示すように、物体側から像面ＩＭＧ側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４とから成る。ズームレンズ１乃至３は、第１レンズ群ＧＲ１は第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２から成る２枚のレンズとその間に配置されたプリズム、第２レンズ群ＧＲ２は第３レンズＬ３、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５から成る３枚のレンズ、第３レンズ群ＧＲ３は第６レンズＬ６、そして、第４レンズ群ＧＲ４は第７レンズＬ７、第８レンズＬ８及び第９レンズＬ９から成る３枚のレンズをそれぞれ有する４群９枚構成のものである。
【００１６】
また、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＤが、第４レンズ群ＧＲ４と像面ＩＭＧとの間には物体側から順に、ローパスフィルタＬＰ、赤外カットフィルタＩＲ及びＣＣＤのカバーガラスＣＧが配置されている。
【００１７】
そして、上記第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させることによりズーミングを行うようにしたものであり、短焦点距離端（広角端）から長焦点距離端（望遠端）にズーミングするときには、第２レンズ銀ＧＲ２は物体側から像面側に、第４レンズ群ＧＲ４は像位置を保持するように移動するものである。
【００１８】
尚、ズームレンズ１乃至３のフォーカス調整は、第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによって為される。
【００１９】
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に、負の屈折力を有するメニスカス形状の単レンズの第１レンズＬ１、光路を９０°折り曲げるプリズムＰ、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズＬ２によって構成したものである。
【００２０】
ズームレンズ１乃至３は、以下の条件式１及び条件式２を満足するか、または、部第１レンズＬ１の各面のうち、少なくとも１つの面が非球面によって構成することが好ましい。
ｎｄＬ１＞１．７５（条件式１）
νｄＬ１＜３０（条件式２）
但し、ｎｄＬ１は第１レンズＬ１のｄ線での屈折率であり、νｄＬ１は第１レンズＬ１のｄ線でのアッベ数である。
【００２１】
条件式１は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１を構成する負の屈折力を有する単レンズである第１レンズＬ１による歪曲収差の発生量を規定するためのものである。即ち、ｎｄＬ１の値が条件式１によって規定される範囲外となると、必要とされる第１レンズ群ＧＲ１の屈折力に対して歪曲収差の発生量が大きくなってしまい、これを第４レンズ群ＧＲ４の非球面によって補正することができなくなってしまう。
【００２２】
条件式２は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１を構成する負の屈折力を有する単レンズである第１レンズによるＬ１による色収差の発生量を規定するためのものである。即ち、νｄＬ１の値が条件式２によって規定される範囲外となると、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１内での色収差の発生量が大きくなり、これを補正することはレンズ系全体でも困難となる。
【００２３】
また、ズームレンズ１乃至３の第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１は、物体側に向けて凸であることが好ましい。これは、上記面Ｓ１が物体側に向けて凹であると、該凹面Ｓ１で発生する負の歪曲収差が大きくなり、これをレンズ全系で補正することが困難となるからである。
【００２４】
ズームレンズ１乃至３の第４レンズ群ＧＲ４を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１つの面が非球面によって構成されること、特に、最も像面側に位置するレンズの少なくとも１つの面が非球面によって構成されていることが望ましい。
【００２５】
このように、第４レンズ群ＧＲ４内のレンズ面のうち、少なくとも１つの面を非球面によって構成すると、第１レンズ群ＧＲ１によって発生する広角端における負の歪曲収差を補正することができるようになり、これによって、第１レンズ群ＧＲ１の負の屈折力を有する単レンズ（第１レンズ）Ｌ１のパワーを強くすることができるようになって、より広い画角を得ることができるようになる。
【００２６】
更に、ズームレンズ１乃至３は、以下の条件式３を満足するように構成することが好ましい。
４．５＜ｆＧＲ１／ｆｗ＜１２（条件式３）
但し、ｆＧＲ１は第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離であり、ｆｗはレンズ全系の広角端での焦点距離である。
【００２７】
条件式３は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離とレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。即ち、ｆＧＲ１／ｆｗの値が４．５以下となると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが強くなり過ぎて、第１レンズ群ＧＲ１内の正の屈折力を有する単レンズである第２レンズＬ２パワーが大きくなって、この単レンズＬ２では球面収差の補正ができなくなるか、又は、負の屈折力を有する単レンズである第１レンズのパワーが弱くなってしまって、十分な広画角化が困難になってしまう。また、ｆＧＲ１／ｆｗの値が１２以上になると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが弱くなり過ぎて、ズームレンズ１乃至３の全長が長くなってしまい、小型化が困難となる。
【００２８】
次に、第１乃至第３の実施例に係わるズームレンズ１乃至３の固有の事項について説明する。
【００２９】
表１にズームレンズ１の各数値を示す。尚、Ｒｉの数値の後に（ＡＳＰ）を付記した面は非球面によって構成されたものである（後述する表４及び表７も同様。）。
【００３０】
【表１】
【００３１】
上記表１に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表２に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．６）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
また、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の像面側の面Ｓ１９は非球面によって構成されている。以下の表３に上記面Ｓ１４及びＳ１９の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】
尚、上記表３中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を意味するものとする。（後述する表７及び表１１においても同様。）。
【００３６】
図２乃至図４にズームレンズ１の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、点線（ピッチの短い方の破線）はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、二点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００３７】
上記ズームレンズ１においては、第４レンズ群ＧＲ４を３枚のレンズＬ７、Ｌ８及びＬ９の接合レンズによって構成することにより、第４レンズ群ＧＲ４内での偏心による像面の倒れを小さくし、製造をも容易にするようにしたものである。
【００３８】
表４にズームレンズ２の各数値を示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】
上記表４に示すように、ズームレンズ２のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ２０は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表５に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．５）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ２０の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００４１】
【表５】
【００４２】
また、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の物体側の面Ｓ１９及び像面側の面Ｓ２０は非球面によって構成されている。以下の表６に上記面Ｓ１４、Ｓ１９及びＳ２０の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００４３】
【表６】
【００４４】
図６乃至図８にズームレンズ２の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、点線はＣ線、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線、二点鎖線はｇ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００４５】
また、ズームレンズ２においては、第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９にプラスチック製の非球面レンズを使用し、小型化、高性能化と共に、安価に製造できるズームレンズを構成している。
【００４６】
表７にズームレンズ３の各数値を示す。
【００４７】
【表７】
【００４８】
上記表７に示すように、ズームレンズ３のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表８に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．５）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００４９】
【表８】
【００５０】
また、第１レンズ群の第１レンズＬ１の像面側の面Ｓ２、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の像面側の面Ｓ１９は非球面によって構成されている。以下の表３に上記面Ｓ２、Ｓ１４及びＳ１９の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００５１】
【表９】
【００５２】
ズームレンズ３においては、上記したように、第１レンズ群ＧＲ１内の第１レンズＬ１の像面側の面Ｓ２を非球面によって構成することによって、像面湾曲及び長焦点距離域での球面収差を補正するようにしている。
【００５３】
図１０乃至図１２にズームレンズ３の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、点線はＣ線、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線、二点鎖線はｇ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００５４】
上記ズームレンズ３においては、第１の実施例におけるズームレンズ１と同様に、第４レンズ群ＧＲ４を３枚のレンズＬ７、Ｌ８及びＬ９の接合レンズによって構成することにより、第４レンズ群ＧＲ４内での偏心による像面の倒れを小さくし、製造をも容易にするようにしたものである。
【００５５】
以下の表１０に上記第１乃至第３の実施例に示したズームレンズ１乃至３の条件式１乃至３の各条件を求めるための各数値及び各条件式の値を示す。
【００５６】
【表１０】
【００５７】
ズームレンズ１乃至３は、上記表１０からも明らかなように、条件式１乃至３の条件を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端において、各種収差もバランス良く補正されている。
【００５８】
このように、ズームレンズ１乃至３は、広角端における画角が７４°と、十分に広角領域を含むものであり、各種収差も良好に補正されているため、特に、画素数の多い撮像素子を使用したデジタルスチルカメラ用として好適なものである。
【００５９】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミングを行うようにしたズームレンズにおいて、第１レンズ群を物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズによって構成し、νｄＬ１を第１レンズのｄ線でのアッベ数とすると、νｄＬ１＜３０の条件を満足するようにしたので、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度のズームレンズを小型化することができると共に、第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することができる。
【００６１】
請求項２に記載したズームレンズにあっては、ｎｄＬ１を第１レンズのｄ線での屈折率とすると、ｎｄＬ１＞１．７５の条件を満足するようにしたので、第１レンズ群で発生する歪曲収差を良好に補正することができる。
【００６２】
請求項３に記載したズームレンズにあっては、第１レンズの少なくとも１の面を非球面によって構成したので、像面湾曲及び長焦点距離域における球面収差を良好に補正することができる。
【００６３】
請求項４に記載した発明にあっては、第１レンズの物体側を向いた面を凸面としたので、レンズ全系で補正することが困難となる負の歪曲収差が大きくなることがない。
【００６４】
請求項５に記載した発明にあっては、第４レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１面を非球面によって構成したので、第１レンズ群により発生する広角端における負の歪曲収差を効果的に補正することができるようになるので、第１レンズ群の負の単レンズのパワーを強くすることが可能になって、より広い画角を得ることができるようになる。
【００６５】
請求項６に記載した発明にあっては、ｆＧＲ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗをレンズ全系のワイド端での焦点距離とすると、４．５＜ｆＧＲ１／ｆｗ＜１２の条件を満足するようにしたので、球面収差の補正、十分な広画角化及び小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４と共に、本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図２】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図４】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図５】図６乃至図８と共に、本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図６】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図７】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図８】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図９】図１０乃至図１２と共に、本発明ズームレンズの第３の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図１０】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図１１】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図１２】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｐ…プリズム、ＩＭＧ…像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型のビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に最適な、変倍比３倍程度のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型撮像装置にあっては、より一層の小型化が求められており、これに伴って、撮影用レンズ、特に、ズームレンズは全長の短縮等による小型化が求められている。
【０００３】
また、上記撮影用レンズ、特に、デジタルスチルカメラ用のものにあっては、小型化と共に、広角端での画角が７０〜８０°程度の広角域を含むズームレンズに対する要求が高まっており、同時に、撮像素子の高画素化に対応してレンズ性能の向上も求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
小型撮像装置用の小型のズームレンズとしては、物体側から順に、負の屈折率を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とから成るレトロフォーカスタイプの２群構成のズームレンズがある。しかし、このような２群構成のズームレンズにあっては、変倍比を大きくすることが難しく、また、ズーミング動作に伴って全長も変化するので小型の撮像機器用としては不適格である。
【０００５】
また、物体側から順に、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（バリエータ）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（コンペンセータ）と、正の屈折力を有する第４レンズ群（マスター）とから成る４群構成のズームレンズがある。しかし、このような４群構成のズームレンズは、全長が長くなってしまうため、小型の撮像機器用としては不適格である。
【０００６】
更に、特開平８−２４８３１８号公報に記載されたズームレンズ、即ち、物体側から順に、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（バリエータ）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（コンペンセータ）と、正の屈折力を有する第４レンズ群（マスター）とから成る４群構成のズームレンズのように、第１レンズ群の物体側の位置のレンズとレンズとの間にプリズムを配置し、第１レンズ群をプリズムを間に挟んで、物体側に負、像面側に正の屈折力を有するレンズ群に分割してアフォーカル系を構成すると共に、プリズムによって光路を折り曲げることによって前後長を短縮するようにしたものもあるが、このタイプのズームレンズは、レンズの構成枚数が多く、しかも依然として全長も長く、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度の小型のズームレンズを提供すること、及び第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミングを行うようにしたズームレンズにおいて、第１レンズ群を物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズによって構成し、νｄＬ１を第１レンズのｄ線でのアッベ数とすると、νｄＬ１＜３０の条件を満足するようにしたものである。
【０００９】
従って、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度のズームレンズを小型化すること、及び第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、図１乃至図４は第１の実施の形態（数値実施例１）、図５乃至図８は第２の実施の形態（数値実施例２）、図９乃至図１２は第３の実施の形態（数値実施例３）をそれぞれ示すものである。
【００１１】
初めに、各実施の形態における共通の事項について説明する。
【００１２】
尚、以下の説明において、「Ｓｉ」は物体側から数えてｉ番目の面、「Ｒｉ」は上記面Ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔、「ｎｄＬｉ」は第ｉレンズ（Ｌｉ）のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）での屈折率、「νｄＬｉ」は第ｉレンズ（Ｌｉ）のｄ線でのアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「Ｆｎｏ．」は開放Ｆ値、「ω」半画角を示すものとする。但し、ｎｄ又はνｄの後にＰ、ＬＰ、ＩＲ及びＣＧが付加されたものは、それぞれプリズム、ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ及び撮像素子のカバーガラスの屈折率又はアッベ数を示すものとする。
【００１３】
また、各実施の形態において用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。
【００１４】
非球面形状は、非球面の深さ（レンズ面の頂点からの光軸方向の距離）を「ｘ」、レンズ頂点での曲率半径を「ｒ」、円錐定数を「κ」とすると、
ｘ＝（ｙ２／ｒ）／１＋（１−κ・ｙ２／ｒ２）１／２＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０
によって定義されるものとする。尚、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０は、それぞれ４次、６次、８次及び１０次の非球面係数である。
【００１５】
第１乃至第３の実施例におけるズームレンズ１、２及び３は、図１、図５及び図９に示すように、物体側から像面ＩＭＧ側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４とから成る。ズームレンズ１乃至３は、第１レンズ群ＧＲ１は第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２から成る２枚のレンズとその間に配置されたプリズム、第２レンズ群ＧＲ２は第３レンズＬ３、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５から成る３枚のレンズ、第３レンズ群ＧＲ３は第６レンズＬ６、そして、第４レンズ群ＧＲ４は第７レンズＬ７、第８レンズＬ８及び第９レンズＬ９から成る３枚のレンズをそれぞれ有する４群９枚構成のものである。
【００１６】
また、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＤが、第４レンズ群ＧＲ４と像面ＩＭＧとの間には物体側から順に、ローパスフィルタＬＰ、赤外カットフィルタＩＲ及びＣＣＤのカバーガラスＣＧが配置されている。
【００１７】
そして、上記第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させることによりズーミングを行うようにしたものであり、短焦点距離端（広角端）から長焦点距離端（望遠端）にズーミングするときには、第２レンズ銀ＧＲ２は物体側から像面側に、第４レンズ群ＧＲ４は像位置を保持するように移動するものである。
【００１８】
尚、ズームレンズ１乃至３のフォーカス調整は、第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによって為される。
【００１９】
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に、負の屈折力を有するメニスカス形状の単レンズの第１レンズＬ１、光路を９０°折り曲げるプリズムＰ、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズＬ２によって構成したものである。
【００２０】
ズームレンズ１乃至３は、以下の条件式１及び条件式２を満足するか、または、部第１レンズＬ１の各面のうち、少なくとも１つの面が非球面によって構成することが好ましい。
ｎｄＬ１＞１．７５（条件式１）
νｄＬ１＜３０（条件式２）
但し、ｎｄＬ１は第１レンズＬ１のｄ線での屈折率であり、νｄＬ１は第１レンズＬ１のｄ線でのアッベ数である。
【００２１】
条件式１は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１を構成する負の屈折力を有する単レンズである第１レンズＬ１による歪曲収差の発生量を規定するためのものである。即ち、ｎｄＬ１の値が条件式１によって規定される範囲外となると、必要とされる第１レンズ群ＧＲ１の屈折力に対して歪曲収差の発生量が大きくなってしまい、これを第４レンズ群ＧＲ４の非球面によって補正することができなくなってしまう。
【００２２】
条件式２は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１を構成する負の屈折力を有する単レンズである第１レンズによるＬ１による色収差の発生量を規定するためのものである。即ち、νｄＬ１の値が条件式２によって規定される範囲外となると、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１内での色収差の発生量が大きくなり、これを補正することはレンズ系全体でも困難となる。
【００２３】
また、ズームレンズ１乃至３の第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１は、物体側に向けて凸であることが好ましい。これは、上記面Ｓ１が物体側に向けて凹であると、該凹面Ｓ１で発生する負の歪曲収差が大きくなり、これをレンズ全系で補正することが困難となるからである。
【００２４】
ズームレンズ１乃至３の第４レンズ群ＧＲ４を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１つの面が非球面によって構成されること、特に、最も像面側に位置するレンズの少なくとも１つの面が非球面によって構成されていることが望ましい。
【００２５】
このように、第４レンズ群ＧＲ４内のレンズ面のうち、少なくとも１つの面を非球面によって構成すると、第１レンズ群ＧＲ１によって発生する広角端における負の歪曲収差を補正することができるようになり、これによって、第１レンズ群ＧＲ１の負の屈折力を有する単レンズ（第１レンズ）Ｌ１のパワーを強くすることができるようになって、より広い画角を得ることができるようになる。
【００２６】
更に、ズームレンズ１乃至３は、以下の条件式３を満足するように構成することが好ましい。
４．５＜ｆＧＲ１／ｆｗ＜１２（条件式３）
但し、ｆＧＲ１は第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離であり、ｆｗはレンズ全系の広角端での焦点距離である。
【００２７】
条件式３は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離とレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。即ち、ｆＧＲ１／ｆｗの値が４．５以下となると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが強くなり過ぎて、第１レンズ群ＧＲ１内の正の屈折力を有する単レンズである第２レンズＬ２パワーが大きくなって、この単レンズＬ２では球面収差の補正ができなくなるか、又は、負の屈折力を有する単レンズである第１レンズのパワーが弱くなってしまって、十分な広画角化が困難になってしまう。また、ｆＧＲ１／ｆｗの値が１２以上になると、第１レンズ群ＧＲ１の正のパワーが弱くなり過ぎて、ズームレンズ１乃至３の全長が長くなってしまい、小型化が困難となる。
【００２８】
次に、第１乃至第３の実施例に係わるズームレンズ１乃至３の固有の事項について説明する。
【００２９】
表１にズームレンズ１の各数値を示す。尚、Ｒｉの数値の後に（ＡＳＰ）を付記した面は非球面によって構成されたものである（後述する表４及び表７も同様。）。
【００３０】
【表１】
上記表１に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表２に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．６）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００３２】
【表２】
また、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の像面側の面Ｓ１９は非球面によって構成されている。以下の表３に上記面Ｓ１４及びＳ１９の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００３４】
【表３】
尚、上記表３中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を意味するものとする。（後述する表７及び表１１においても同様。）。
【００３６】
図２乃至図４にズームレンズ１の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、点線（ピッチの短い方の破線）はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、二点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００３７】
上記ズームレンズ１においては、第４レンズ群ＧＲ４を３枚のレンズＬ７、Ｌ８及びＬ９の接合レンズによって構成することにより、第４レンズ群ＧＲ４内での偏心による像面の倒れを小さくし、製造をも容易にするようにしたものである。
【００３８】
表４にズームレンズ２の各数値を示す。
【００３９】
【表４】
上記表４に示すように、ズームレンズ２のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ２０は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表５に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．５）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ２０の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００４１】
【表５】
また、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の物体側の面Ｓ１９及び像面側の面Ｓ２０は非球面によって構成されている。以下の表６に上記面Ｓ１４、Ｓ１９及びＳ２０の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００４３】
【表６】
図６乃至図８にズームレンズ２の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、点線はＣ線、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線、二点鎖線はｇ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００４５】
また、ズームレンズ２においては、第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９にプラスチック製の非球面レンズを使用し、小型化、高性能化と共に、安価に製造できるズームレンズを構成している。
【００４６】
表７にズームレンズ３の各数値を示す。
【００４７】
【表７】
上記表７に示すように、ズームレンズ３のズーミング及びフォーカシング動作に伴って面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）である。従って、表８に広角端（ｆ＝５．３）、望遠端（ｆ＝１５．５）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝９．０）におけるｄ７、ｄ１２、ｄ１５及びｄ１９の各数値、並びに、ＦＮｏ．、ｆ及びωを示す。
【００４９】
【表８】
また、第１レンズ群の第１レンズＬ１の像面側の面Ｓ２、第３レンズ群ＧＲ３の第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１４及び第４レンズ群ＧＲ４の第９レンズＬ９の像面側の面Ｓ１９は非球面によって構成されている。以下の表３に上記面Ｓ２、Ｓ１４及びＳ１９の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００５１】
【表９】
ズームレンズ３においては、上記したように、第１レンズ群ＧＲ１内の第１レンズＬ１の像面側の面Ｓ２を非球面によって構成することによって、像面湾曲及び長焦点距離域での球面収差を補正するようにしている。
【００５３】
図１０乃至図１２にズームレンズ３の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、点線はＣ線、一点鎖線はｄ線、破線はＦ線、二点鎖線はｇ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００５４】
上記ズームレンズ３においては、第１の実施例におけるズームレンズ１と同様に、第４レンズ群ＧＲ４を３枚のレンズＬ７、Ｌ８及びＬ９の接合レンズによって構成することにより、第４レンズ群ＧＲ４内での偏心による像面の倒れを小さくし、製造をも容易にするようにしたものである。
【００５５】
以下の表１０に上記第１乃至第３の実施例に示したズームレンズ１乃至３の条件式１乃至３の各条件を求めるための各数値及び各条件式の値を示す。
【００５６】
【表１０】
ズームレンズ１乃至３は、上記表１０からも明らかなように、条件式１乃至３の条件を満足し、また、各収差図に示すように、広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端において、各種収差もバランス良く補正されている。
【００５８】
このように、ズームレンズ１乃至３は、広角端における画角が７４°と、十分に広角領域を含むものであり、各種収差も良好に補正されているため、特に、画素数の多い撮像素子を使用したデジタルスチルカメラ用として好適なものである。
【００５９】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミングを行うようにしたズームレンズにおいて、第１レンズ群を物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズによって構成し、νｄＬ１を第１レンズのｄ線でのアッベ数とすると、νｄＬ１＜３０の条件を満足するようにしたので、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の撮像機器に最適な変倍比３倍程度のズームレンズを小型化することができると共に、第１レンズ群で発生する色収差を良好に補正することができる。
【００６１】
請求項２に記載したズームレンズにあっては、ｎｄＬ１を第１レンズのｄ線での屈折率とすると、ｎｄＬ１＞１．７５の条件を満足するようにしたので、第１レンズ群で発生する歪曲収差を良好に補正することができる。
【００６２】
請求項３に記載したズームレンズにあっては、第１レンズの少なくとも１の面を非球面によって構成したので、像面湾曲及び長焦点距離域における球面収差を良好に補正することができる。
【００６３】
請求項４に記載した発明にあっては、第１レンズの物体側を向いた面を凸面としたので、レンズ全系で補正することが困難となる負の歪曲収差が大きくなることがない。
【００６４】
請求項５に記載した発明にあっては、第４レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１面を非球面によって構成したので、第１レンズ群により発生する広角端における負の歪曲収差を効果的に補正することができるようになるので、第１レンズ群の負の単レンズのパワーを強くすることが可能になって、より広い画角を得ることができるようになる。
【００６５】
請求項６に記載した発明にあっては、ｆＧＲ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗをレンズ全系のワイド端での焦点距離とすると、４．５＜ｆＧＲ１／ｆｗ＜１２の条件を満足するようにしたので、球面収差の補正、十分な広画角化及び小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４と共に、本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図２】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図４】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図５】図６乃至図８と共に、本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図６】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図７】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図８】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図９】図１０乃至図１２と共に、本発明ズームレンズの第３の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図１０】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図１１】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図１２】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｐ…プリズム、ＩＭＧ…像面
Claims (6)
- 物体側から像面側へと順に、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、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、
上記第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミングを行うようにされたズームレンズにおいて、
上記第１レンズ群が物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズによって構成され、
以下の条件を満足するようにしたことを特徴とするズームレンズ。
νｄＬ１＜３０
但し、
νｄＬ１：第１レンズのｄ線でのアッベ数、
とする。 - 以下の条件を満足するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
ｎｄＬ１＞１．７５
但し、
ｎｄＬ１：第１レンズのｄ線での屈折率、
とする。 - 第１レンズの少なくとも１の面を非球面によって構成した
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 第１レンズの物体側を向いた面を凸面とした
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 第４レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１面を非球面によって構成した
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載したズームレンズ。
４．５＜ｆGR1／ｆｗ＜１２
但し、
ｆGR1：第１レンズ群の焦点距離、
ｆｗ：レンズ全系のワイド端での焦点距離、
とする。
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