JP3706787B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、撮像装置（カメラ）の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い画角を包含した大口径比のズームレンズが求められている。この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる光学系には、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００３】
従来より、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う。所謂ショートズームタイプの広角の２群ズームレンズが種々提案されている。これらのショートズームタイプの光学系では、正の屈折力の第２群を移動する事で変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動する事で変倍に伴う像点位置の補正を行っている。これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。
【０００４】
さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平７−３５０７号公報や、特公平６−４０１７０号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行っている、所謂３群ズームレンズが提案されている。
【０００５】
また、米国特許第４８２８３７２号や第５２６２８９７号公報には、負，正，正の３群ズームレンズの第２群を接合レンズ２組を含み、第２群が６枚のレンズで構成されたものも開示されている。
【０００６】
しかしながら、これらの３群ズームレンズは主として３５ｍｍフィルム写真用に設計されているため、固体撮像素子を用いた光学系に求められるバックフォーカスの長さと、良好なテレセントリック特性を両立したものとは言い難かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
バックフォーカスとテレセントリック特性を満足する広角の３群ズームレンズ系が、例えば、特開昭６３−１３５９１３号公報や、特開平７−２６１０８３号公報等で提案されている。また、特開平９−２１９５０号公報には、物体側より順に負，正，そして正の屈折力の３つのレンズ群より成る３群ズームレンズにおいて正の屈折力の第３群を固定とし、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群を移動させて変倍を行い、第１，第２レンズ群に２枚以上のプラスチックレンズを用いた光学系も開示されている。
【０００８】
ところが、これらの従来例においては、各レンズ群の構成枚数が比較的多く、レンズ全長が長い、製造コストが高いなどの欠点を有していた。
【０００９】
また、特開平９−２１９５０号公報で開示されているズームレンズにおいては、第３レンズ群を固定とする事により、メカ構造の簡略化が図れているが、第３レンズ群が変倍に寄与しない事により、変倍に伴う第２レンズ群の移動量が相対的に増大する事となり、レンズ全長の短縮化に不利であった。
【００１０】
さらに近年、カメラのコンパクト化とレンズの高倍化を両立する為に、非撮影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの突出量を少なくした所謂沈胴ズームレンズが広く用いられているが、上記従来例の様に各群の構成枚数が多く、結果的に各レンズ群の光軸上の長さが長くなる場合や、各レンズ群のズーミング及びフォーカシングにおける移動量が大きく、レンズ全長が長くなる場合においては、所望の沈胴長が達成出来ない場合がある。
【００１１】
本発明では、これら従来例の欠点に鑑み、特に固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、小径化を達成した高変倍比で、優れた光学性能を有する及びそれを用いた光学機器ズームレンズの提供を目的とする。
【００１２】
さらに、本発明では、次の事項のうち少なくとも１つを満足するズームレンズ及びそれを用いた光学機器を得る事を目的としている。
【００１３】
即ち、
・特に広角側での非点収差、歪曲収差を良好に補正する事。
・最小のレンズ構成を取りつつ、移動するレンズ群の収差分担を減らし、製造誤差によるレンズ群相互の偏心等での性能劣化を少なくし、製造の容易なものとする事。
・構成枚数を最小としながら、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な良好な像側テレセントリック結像をもたせる事。
・沈胴ズームレンズに要求される各レンズ群の光軸上の長さや各レンズ群のズーミング及びフォーカシングによる光軸上の移動量を短くする。
・広角端のみならずズーム全域で歪曲収差を良好に補正する事。
・像側テレセントリック結像のズームによる変動を小さくする事。
・テレセントリック結像を保ったまま変倍レンズ群の移動量を減らし、さらなる小型化を達成する事。
・近距離物体へのフォーカシング機構を簡素化する事。
等である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向け、その凸面が非球面である正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した第１の接合レンズと、第２の接合レンズとで構成され、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成され、該第１の接合レンズを構成する正レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ２１、該第１の接合レンズを構成する負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２３、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
ｎｄｐ３＜１．５・・・（１）
νｄｐ３＜７０．０・・・（２）
０．０７７≦（Ｒ２１−Ｒ２３）／（Ｒ２１＋Ｒ２３）＜０．１５・・・（５）
なる条件を満足する事を特徴としている。
請求項２の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、２組の接合レンズで構成されており、該第２レンズ群中の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ２、アッベ数をνｄｐ２、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成されており、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
ｎｄｐ２＞１．７０・・・（６）
νｄｐ２＞４０．０・・・（７）
ｎｄｐ３＜１．５・・・（１）
νｄｐ３＜７０．０・・・（２）
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動する事を特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において、前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズの２枚のレンズより成り、該負レンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１レンズ群中の負レンズの材質の屈折率をｎｄｎ１、アッベ数をνｄｎ１とした時に、
ｎｄｎ１＞１．７０
νｄｎ１＞３５．０
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は１つの正レンズより成る事を特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記第３レンズ群の１つの正レンズは少なくとも１つの非球面を有している事を特徴としている。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項６又は７の発明において、前記第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事を特徴としている。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項の発明において、望遠端において、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から像面までの距離をＬ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第１レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ２、前記第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第３レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ３とした時に、
０．２５＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ＜０．４５
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群を構成する各レンズの光軸上の厚みの合計をＤ２、該第２レンズ群中の空気間隔の合計をＡ２とした時に、
０．０５＜Ａ２／Ｄ２＜０．２
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００２３】
請求項１１の発明の光学機器は、請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２の発明は請求項１から１０のいずれか１項の発明において、固体撮像素子に像を形成することを特徴としている。
【００２５】
請求項１３の発明の撮像装置は、請求項１から１０のいずれか１項又は請求項１２のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の後述する実施形態１のレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の実施形態１の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００２８】
図５は本発明の後述する実施形態２のレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の実施形態２の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００２９】
図９は本発明の後述する実施形態３のレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の実施形態３の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００３０】
図１３は本発明のズームレンズを用いた光学機器の要部概略図である。
【００３１】
レンズ断面図においてＬ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスブロックである。
【００３２】
次に本実施形態のズームレンズのレンズ構成について説明する。
【００３３】
本実施形態のズームレンズでは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、そして正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の３つのレンズ群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群を移動させている。具体的には第１レンズ群が像側に凸の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動若しくは、物体側に凸の軌跡で移動している。
【００３４】
本実施形態のズームレンズは、第２レンズ群の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群の往復移動及び第３レンズ群による像側方向への移動若しくは、物体側に凸の軌跡で移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００３５】
第３レンズ群は、撮像素子の小型化に伴う撮影レンズの屈折力の増大を分担し、第１、第２レンズ群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らす事で特に第１レンズ群を構成するレンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置（光学機器）に必要な像側のテレセントリックな結像を第３レンズ群にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。
【００３６】
また、絞りＳＰを第２レンズ群の最も物体側に置き、広角側での入射瞳と第１レンズ群との距離を縮める事で第１レンズ群を構成するレンズの外径の増大を抑えると共に、第２レンズ群の物体側に配置した絞りを挟んで第１レンズ群と第３レンズ群とで軸外の諸収差を打ち消す事で構成レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。
【００３７】
本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズを有し、該正レンズの材質の屈折率とアッベ数が条件式（１），（２）を満足する事を特徴としている。
【００３８】
条件式（１），（２）は主に像面彎曲と倍率色収差を良好に補正する為のものである。条件式（１）の上限値を超えるとペッツバール和が負の方向に増大し像面彎曲補正が困難となる。また条件式（２）の上限値を超えると望遠端での倍率色収差補正が困難となり好ましくない。
【００３９】
尚、本実施形態のズームレンズは以上の構成により当初の目的を達成しているが、更に良好なる光学性能を得るため、又はレンズ系全体の小型化を図るには、次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００４０】
（ア−１）広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動する事である。
【００４１】
（ア−２）前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズの２枚のレンズより成り、該負レンズの少なくとも１面は非球面である事である。
【００４２】
本発明のズームレンズにおいて、負の屈折力の第１レンズ群は、軸外主光線を絞り中心に瞳結像させる役割を持っており、特に広角側においては軸外主光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。
【００４３】
そこで、通常の広角レンズと同様最も物体側のレンズ径の増大が抑えられる凹−凸（負−正）の構成としている。そして更に好ましくはメニスカス状の負レンズ１１の像側の面をレンズ周辺で負の屈折力が弱くなる非球面とする事により、非点収差と歪曲収差をバランス良く補正すると共に、２枚と言う少ないレンズ枚数で第１レンズ群を構成し、レンズ全体のコンパクト化を図っている。
【００４４】
尚、本発明において更に好ましくは第１レンズ群を構成する各レンズは、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために絞りと光軸が交差する点を中心とする同心球面に近い形状とするのが良い。
【００４５】
（ア−３）前記第１レンズ群中の負レンズの材質の屈折率をｎｄｎ１、アッベ数をνｄｎ１とした時に、
ｎｄｎ１＞１．７０ ‥‥‥（３）
νｄｎ１＞３５．０ ‥‥‥（４）
なる条件を満足する事である。
【００４６】
条件式（３），（４）はレンズ系全体のコンパクト化と良好な結像性能の両立を達成する為のものである。
【００４７】
条件式（３）の上限値を超えると、第１レンズ群のペッツバール和が正の方向に増大し、像面彎曲補正が困難となる。
【００４８】
また、条件式（４）の上限値を超えると、特に広角端での倍率色収差補正が困難となり好ましくない。
【００４９】
（ア−４）前記第２レンズ群は、２組みの接合レンズで構成されている事である。
【００５０】
本発明においては、ＣＣＤ等の固体撮像素子の高画素化及びセルピッチの微細化に伴って要求される、色収差量の縮小化に対応する為に、第２レンズ群を２組みの接合レンズ、すなわちメニスカス状の正レンズ２１とメニスカス状の負レンズ２２を接合した第１接合レンズ、及び負レンズ２３と正レンズ２４を接合した第２接合レンズにて構成する事により、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正している。
【００５１】
また、第２レンズ群を接合レンズを２組みにて構成する事による利点は、所謂トリプレットタイプにおける凹（負）レンズ成分の屈折力を２成分に分離し、トリプレットタイプの様な単一の凹レンズ成分による収差補正方法に対して収差補正上の自由度を増やす事で、凹レンズ成分のガラス厚を増大させる事により補正していた軸外フレアの補正や、凹レンズ成分の前後に設けた２つの負の空気レンズによる球面収差の補正を行う必要が無くなり、トリプレットタイプに比較して第２レンズ群の光軸上の厚みを小さくする事が可能となり、光学全長の短縮及び沈胴時のレンズ全長短縮に寄与している。
【００５２】
（ア−５）前記第２レンズ群は最も物体側に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズを接合した第１の接合レンズを有し、該正レンズの物体側のレンズ面は非球面であり、該正レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ２１、該負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２３とした時に、
０．０７７≦（Ｒ２１−Ｒ２３）／（Ｒ２１＋Ｒ２３）＜０．１５
‥‥‥（５）
なる条件を満足する事である。
【００５３】
条件式（５）の上限値を超えると第２レンズ群のペッツバール和が負の方向に増大し、像面彎曲補正が困難となる。
【００５４】
条件式（５）の下限値を超えると、球面収差・コマ収差の補正困難となり好ましくない。
【００５５】
（ア−６）前記第２レンズ群中の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ２、アッベ数をνｄｐ２とした時に、
ｎｄｐ２＞１．７０ ‥‥‥（６）
νｄｐ２＞４０．０ ‥‥‥（７）
なる条件を満足する事である。
【００５６】
条件式（６）の上限値を超えるとペッツバール和が負の方向に増大し像面彎曲補正が困難となる。また条件式（７）の上限値を超えると望遠端での軸上色収差補正が困難となり好ましくない。
【００５７】
（ア−７）前記第３レンズ群は１つの正レンズより成る事である。
【００５８】
正の屈折力の第３レンズ群は、物体側に凸面を設けた形状の１つの正レンズ３１より構成し、像側テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割をも有するようにしている。
【００５９】
（ア−８）前記第３レンズ群の１つの正レンズは少なくとも１つの非球面を有している事である。
【００６０】
特に本発明においては、正レンズ３１の像側のレンズ面にレンズ周辺で正の屈折力が弱くなる非球面を設けるのが良い。これによれば、ズーム全域での軸外諸収差を良好に補正することができる。
【００６１】
（ア−９）前記第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事である。
【００６２】
本発明のズームレンズを用いて無限遠物体から近距離物体へのフォーカスをする場合には、第１レンズ群を物体側へ移動することで良好な性能を得られるが、さらに望ましくは、第３レンズ群を物体側に移動した方が良い。
【００６３】
これは、最も物体側に配置した第１レンズ群をフォーカシングさせた場合に生じる、前玉径の増大や、レンズ重量が最も重い第１レンズ群を移動させる事によるアクチュエーターの負荷の増大を防ぎ、さらに第１レンズ群と第２レンズ群とをカム等で単純に連携してズーミング時に移動させることが可能となり、メカ構造の簡素化及び精度向上を達成できるためである。
【００６４】
また、第３レンズ群にてフォーカシングを行う場合、広角端から望遠端への変倍に際して第３レンズ群を像側に移動する事により、フォーカシング移動量の大きい望遠端を像面側に配置する事が出来る為、ズーミング及びフォーカシングで必要となる第３レンズ群のトータルの移動量を最小とする事が可能となり、これによってレンズ系全体のコンパクト化を達成している。
【００６５】
（ア−１０）望遠端において、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から像面までの距離をＬ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第１レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ２、前記第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第３レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ３とした時に、
０．２５＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ＜０．４５ ‥‥‥（８）
なる条件を満足する事である。
【００６６】
条件式（８）の上限値を超えると、望遠端での光学全長は短くなるが各レンズ群の光軸上の長さの合計が大きくなる為、沈胴全長が長くなり好ましくない。
【００６７】
条件式（８）の下限値を超えると、各レンズ群の光軸上の長さの合計が小さくなるが、望遠端での光学全長が長くなり、必然的に各レンズ群の光軸上の移動量が増大する為、各レンズ群を移動させる為のカム環等の長さが長くなり、結果的に沈胴全長が短くならず好ましくない。
【００６８】
（ア−１１）前記第２レンズ群を構成する各レンズの光軸上の厚みの合計をＤ２、該第２レンズ群中の空気間隔の合計をＡ２とした時に、
０．０５＜Ａ２／Ｄ２＜０．２ ‥‥‥（９）
なる条件を満足する事である。
【００６９】
条件式（９）の上限値を超えると、第２レンズ群の光軸上の長さが長くなりレンズ系全体のコンパクト化が困難となり好ましくない。
【００７０】
条件式（９）の下限値を超えると、空気レンズのパワーが小さくなり球面収差の良好なる補正が困難となり好ましくない。
【００７１】
（ア−１２）負の屈折力の第１レンズ群を物体側から順に像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ１２の２枚のレンズで構成し、又は物体側に凸面を向けたメニスカス状の２つの負レンズ１１，１２と物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ１３の３枚のレンズで構成し、正の屈折力の第２レンズ群を物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス状の正レンズ２１、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ２３、両レンズ面が凸面の正レンズ２４の４枚のレンズを有し、正レンズ２１と負レンズ２２及び負レンズ２３と正レンズ２４を接合した２組みの接合レンズで構成し、正の屈折力の第３レンズ群を像側に凸面を向けた正レンズ３１又は負レンズと正レンズとの接合レンズより構成することである。
【００７２】
これによれば、良好な光学性能を保ちつつ、レンズ系のコンパクト化を容易に達成することができる。
【００７３】
（ア−１３）正の屈折力の第２レンズ群は、そのレンズ群中の最も物体側に物体側に強い凸面を向けた正レンズ２１を配置することである。これによれば、第１レンズ群を射出した軸外主光線の屈折角を少なくし、軸外諸収差の発生を少なくすることができる。
【００７４】
（ア−１４）第２レンズ群中の正レンズ２１は、最も軸上光線の通る高さが高いレンズであり、主に球面収差、コマ収差の補正に関与しているレンズである。
【００７５】
この為、正レンズ２１の物体側のレンズ面をレンズ周辺で正の屈折力が弱くなる形状の非球面とするのが良い。これによれば球面収差、コマ収差を良好に補正することが容易となる。
【００７６】
（ア−１５）第２レンズ群中の物体側の正レンズ２１の像面側に配置された負レンズ２２には像側に凹面をもたせ、それに続く像側の負レンズ２３の物体側の凸面とにより負の空気レンズを形成するのが良い。これによれば大口径比化に伴って発生する球面収差の補正を良好に行なうことができる。
【００７７】
（ア−１６）バックフォーカスをｓｋ’、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第３レンズ群の結像倍率をβ３とすると、
ｓｋ’＝ｆ３＊（１−β３）
の関係が成り立っている。ここで
０＜β３＜１．０
となるようにしている。
【００７８】
ここで、広角端から望遠端への変倍に際して第３レンズ群を像側に移動するとバックフォーカスｓｋ’が減少することになり、第３レンズ群の結像倍率β３は望遠側で増大する。すると、結果的に第３レンズ群で変倍を分担できて第２レンズ群の移動量が減少し、そのためのスペースが節約できる。これによってレンズ系の小型化を図っている。
【００７９】
次に本発明のズームレンズの各数値実施例１〜３のレンズ構成の特徴について説明する。
【００８０】
［数値実施例１］
図１に示す数値実施例１は変倍比３倍、開口比２．７〜４．８程度のズームレンズである。
【００８１】
［数値実施例２］
図５に示す数値実施例２においては、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群が像側に凸状の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動している。
【００８２】
本実施例においては、第１レンズ群を物体側より順に、メニスカス状の負レンズ１１・メニスカス状の負レンズ１２そしてメニスカス状の正レンズ１３の３枚のレンズにて構成し、第１レンズ群を２枚で構成したものに対して、更なる広角化を容易に達成している。
【００８３】
数値実施例２は変倍比３倍、開口比２．６〜４．８程度のズームレンズである。
【００８４】
［数値実施例３］
図９に示す数値実施例３においては、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群が像側に凸状の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動している。
【００８５】
本実施例においては、第３レンズ群をメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズの接合レンズとする事により、第２レンズ群の二つの接合レンズと共に色収差を十分に補正している。
【００８６】
数値実施例３は変倍比３．０倍、開口比２．７〜４．８程度のズームレンズである。
【００８７】
以下に本発明の数値実施例を記載する。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００８８】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、
【００８９】
【数１】
【００９０】
なる式で表わしている。また、例えば「Ｄ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。前述の各条件式と数値実施例の関係を表１に示す。
【００９１】
【００９２】
【表１】
【００９３】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００９４】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。
【００９５】
上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００９６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、小径化を達成した高変倍比で、優れた光学性能を有する及びそれを用いた光学機器ズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】 本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】 本発明の数値実施例１の中間の収差図
【図４】 本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】 本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】 本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図８】 本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
ＳＰ 絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
【発明の属する技術分野】
本発明はスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、撮像装置（カメラ）の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い画角を包含した大口径比のズームレンズが求められている。この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる光学系には、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる光学系には像側のテレセントリック特性の良いものが望まれている。
【０００３】
従来より、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う。所謂ショートズームタイプの広角の２群ズームレンズが種々提案されている。これらのショートズームタイプの光学系では、正の屈折力の第２群を移動する事で変倍を行い、負の屈折力の第１群を移動する事で変倍に伴う像点位置の補正を行っている。これらの２つのレンズ群よりなるレンズ構成においては、ズーム倍率は２倍程度である。
【０００４】
さらに２倍以上の高い変倍比を有しつつレンズ全体をコンパクトな形状にまとめるため、例えば特公平７−３５０７号公報や、特公平６−４０１７０号公報等には２群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第３群を配置し、高倍化に伴って発生する諸収差の補正を行っている、所謂３群ズームレンズが提案されている。
【０００５】
また、米国特許第４８２８３７２号や第５２６２８９７号公報には、負，正，正の３群ズームレンズの第２群を接合レンズ２組を含み、第２群が６枚のレンズで構成されたものも開示されている。
【０００６】
しかしながら、これらの３群ズームレンズは主として３５ｍｍフィルム写真用に設計されているため、固体撮像素子を用いた光学系に求められるバックフォーカスの長さと、良好なテレセントリック特性を両立したものとは言い難かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
バックフォーカスとテレセントリック特性を満足する広角の３群ズームレンズ系が、例えば、特開昭６３−１３５９１３号公報や、特開平７−２６１０８３号公報等で提案されている。また、特開平９−２１９５０号公報には、物体側より順に負，正，そして正の屈折力の３つのレンズ群より成る３群ズームレンズにおいて正の屈折力の第３群を固定とし、負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群を移動させて変倍を行い、第１，第２レンズ群に２枚以上のプラスチックレンズを用いた光学系も開示されている。
【０００８】
ところが、これらの従来例においては、各レンズ群の構成枚数が比較的多く、レンズ全長が長い、製造コストが高いなどの欠点を有していた。
【０００９】
また、特開平９−２１９５０号公報で開示されているズームレンズにおいては、第３レンズ群を固定とする事により、メカ構造の簡略化が図れているが、第３レンズ群が変倍に寄与しない事により、変倍に伴う第２レンズ群の移動量が相対的に増大する事となり、レンズ全長の短縮化に不利であった。
【００１０】
さらに近年、カメラのコンパクト化とレンズの高倍化を両立する為に、非撮影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの突出量を少なくした所謂沈胴ズームレンズが広く用いられているが、上記従来例の様に各群の構成枚数が多く、結果的に各レンズ群の光軸上の長さが長くなる場合や、各レンズ群のズーミング及びフォーカシングにおける移動量が大きく、レンズ全長が長くなる場合においては、所望の沈胴長が達成出来ない場合がある。
【００１１】
本発明では、これら従来例の欠点に鑑み、特に固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、小径化を達成した高変倍比で、優れた光学性能を有する及びそれを用いた光学機器ズームレンズの提供を目的とする。
【００１２】
さらに、本発明では、次の事項のうち少なくとも１つを満足するズームレンズ及びそれを用いた光学機器を得る事を目的としている。
【００１３】
即ち、
・特に広角側での非点収差、歪曲収差を良好に補正する事。
・最小のレンズ構成を取りつつ、移動するレンズ群の収差分担を減らし、製造誤差によるレンズ群相互の偏心等での性能劣化を少なくし、製造の容易なものとする事。
・構成枚数を最小としながら、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な良好な像側テレセントリック結像をもたせる事。
・沈胴ズームレンズに要求される各レンズ群の光軸上の長さや各レンズ群のズーミング及びフォーカシングによる光軸上の移動量を短くする。
・広角端のみならずズーム全域で歪曲収差を良好に補正する事。
・像側テレセントリック結像のズームによる変動を小さくする事。
・テレセントリック結像を保ったまま変倍レンズ群の移動量を減らし、さらなる小型化を達成する事。
・近距離物体へのフォーカシング機構を簡素化する事。
等である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向け、その凸面が非球面である正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した第１の接合レンズと、第２の接合レンズとで構成され、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成され、該第１の接合レンズを構成する正レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ２１、該第１の接合レンズを構成する負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２３、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
ｎｄｐ３＜１．５・・・（１）
νｄｐ３＜７０．０・・・（２）
０．０７７≦（Ｒ２１−Ｒ２３）／（Ｒ２１＋Ｒ２３）＜０．１５・・・（５）
なる条件を満足する事を特徴としている。
請求項２の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、２組の接合レンズで構成されており、該第２レンズ群中の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ２、アッベ数をνｄｐ２、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成されており、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
ｎｄｐ２＞１．７０・・・（６）
νｄｐ２＞４０．０・・・（７）
ｎｄｐ３＜１．５・・・（１）
νｄｐ３＜７０．０・・・（２）
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動する事を特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において、前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズの２枚のレンズより成り、該負レンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１レンズ群中の負レンズの材質の屈折率をｎｄｎ１、アッベ数をνｄｎ１とした時に、
ｎｄｎ１＞１．７０
νｄｎ１＞３５．０
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は１つの正レンズより成る事を特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記第３レンズ群の１つの正レンズは少なくとも１つの非球面を有している事を特徴としている。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項６又は７の発明において、前記第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事を特徴としている。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項の発明において、望遠端において、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から像面までの距離をＬ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第１レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ２、前記第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第３レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ３とした時に、
０．２５＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ＜０．４５
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群を構成する各レンズの光軸上の厚みの合計をＤ２、該第２レンズ群中の空気間隔の合計をＡ２とした時に、
０．０５＜Ａ２／Ｄ２＜０．２
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００２３】
請求項１１の発明の光学機器は、請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２の発明は請求項１から１０のいずれか１項の発明において、固体撮像素子に像を形成することを特徴としている。
【００２５】
請求項１３の発明の撮像装置は、請求項１から１０のいずれか１項又は請求項１２のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の後述する実施形態１のレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の実施形態１の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００２８】
図５は本発明の後述する実施形態２のレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の実施形態２の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００２９】
図９は本発明の後述する実施形態３のレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の実施形態３の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００３０】
図１３は本発明のズームレンズを用いた光学機器の要部概略図である。
【００３１】
レンズ断面図においてＬ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。Ｇはフィルターや色分解プリズム等のガラスブロックである。
【００３２】
次に本実施形態のズームレンズのレンズ構成について説明する。
【００３３】
本実施形態のズームレンズでは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、そして正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の３つのレンズ群を有しており、広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群を移動させている。具体的には第１レンズ群が像側に凸の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動若しくは、物体側に凸の軌跡で移動している。
【００３４】
本実施形態のズームレンズは、第２レンズ群の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群の往復移動及び第３レンズ群による像側方向への移動若しくは、物体側に凸の軌跡で移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００３５】
第３レンズ群は、撮像素子の小型化に伴う撮影レンズの屈折力の増大を分担し、第１、第２レンズ群で構成されるショートズーム系の屈折力を減らす事で特に第１レンズ群を構成するレンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影装置（光学機器）に必要な像側のテレセントリックな結像を第３レンズ群にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。
【００３６】
また、絞りＳＰを第２レンズ群の最も物体側に置き、広角側での入射瞳と第１レンズ群との距離を縮める事で第１レンズ群を構成するレンズの外径の増大を抑えると共に、第２レンズ群の物体側に配置した絞りを挟んで第１レンズ群と第３レンズ群とで軸外の諸収差を打ち消す事で構成レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。
【００３７】
本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズを有し、該正レンズの材質の屈折率とアッベ数が条件式（１），（２）を満足する事を特徴としている。
【００３８】
条件式（１），（２）は主に像面彎曲と倍率色収差を良好に補正する為のものである。条件式（１）の上限値を超えるとペッツバール和が負の方向に増大し像面彎曲補正が困難となる。また条件式（２）の上限値を超えると望遠端での倍率色収差補正が困難となり好ましくない。
【００３９】
尚、本実施形態のズームレンズは以上の構成により当初の目的を達成しているが、更に良好なる光学性能を得るため、又はレンズ系全体の小型化を図るには、次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００４０】
（ア−１）広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動する事である。
【００４１】
（ア−２）前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズの２枚のレンズより成り、該負レンズの少なくとも１面は非球面である事である。
【００４２】
本発明のズームレンズにおいて、負の屈折力の第１レンズ群は、軸外主光線を絞り中心に瞳結像させる役割を持っており、特に広角側においては軸外主光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。
【００４３】
そこで、通常の広角レンズと同様最も物体側のレンズ径の増大が抑えられる凹−凸（負−正）の構成としている。そして更に好ましくはメニスカス状の負レンズ１１の像側の面をレンズ周辺で負の屈折力が弱くなる非球面とする事により、非点収差と歪曲収差をバランス良く補正すると共に、２枚と言う少ないレンズ枚数で第１レンズ群を構成し、レンズ全体のコンパクト化を図っている。
【００４４】
尚、本発明において更に好ましくは第１レンズ群を構成する各レンズは、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために絞りと光軸が交差する点を中心とする同心球面に近い形状とするのが良い。
【００４５】
（ア−３）前記第１レンズ群中の負レンズの材質の屈折率をｎｄｎ１、アッベ数をνｄｎ１とした時に、
ｎｄｎ１＞１．７０ ‥‥‥（３）
νｄｎ１＞３５．０ ‥‥‥（４）
なる条件を満足する事である。
【００４６】
条件式（３），（４）はレンズ系全体のコンパクト化と良好な結像性能の両立を達成する為のものである。
【００４７】
条件式（３）の上限値を超えると、第１レンズ群のペッツバール和が正の方向に増大し、像面彎曲補正が困難となる。
【００４８】
また、条件式（４）の上限値を超えると、特に広角端での倍率色収差補正が困難となり好ましくない。
【００４９】
（ア−４）前記第２レンズ群は、２組みの接合レンズで構成されている事である。
【００５０】
本発明においては、ＣＣＤ等の固体撮像素子の高画素化及びセルピッチの微細化に伴って要求される、色収差量の縮小化に対応する為に、第２レンズ群を２組みの接合レンズ、すなわちメニスカス状の正レンズ２１とメニスカス状の負レンズ２２を接合した第１接合レンズ、及び負レンズ２３と正レンズ２４を接合した第２接合レンズにて構成する事により、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正している。
【００５１】
また、第２レンズ群を接合レンズを２組みにて構成する事による利点は、所謂トリプレットタイプにおける凹（負）レンズ成分の屈折力を２成分に分離し、トリプレットタイプの様な単一の凹レンズ成分による収差補正方法に対して収差補正上の自由度を増やす事で、凹レンズ成分のガラス厚を増大させる事により補正していた軸外フレアの補正や、凹レンズ成分の前後に設けた２つの負の空気レンズによる球面収差の補正を行う必要が無くなり、トリプレットタイプに比較して第２レンズ群の光軸上の厚みを小さくする事が可能となり、光学全長の短縮及び沈胴時のレンズ全長短縮に寄与している。
【００５２】
（ア−５）前記第２レンズ群は最も物体側に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズを接合した第１の接合レンズを有し、該正レンズの物体側のレンズ面は非球面であり、該正レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ２１、該負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２３とした時に、
０．０７７≦（Ｒ２１−Ｒ２３）／（Ｒ２１＋Ｒ２３）＜０．１５
‥‥‥（５）
なる条件を満足する事である。
【００５３】
条件式（５）の上限値を超えると第２レンズ群のペッツバール和が負の方向に増大し、像面彎曲補正が困難となる。
【００５４】
条件式（５）の下限値を超えると、球面収差・コマ収差の補正困難となり好ましくない。
【００５５】
（ア−６）前記第２レンズ群中の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ２、アッベ数をνｄｐ２とした時に、
ｎｄｐ２＞１．７０ ‥‥‥（６）
νｄｐ２＞４０．０ ‥‥‥（７）
なる条件を満足する事である。
【００５６】
条件式（６）の上限値を超えるとペッツバール和が負の方向に増大し像面彎曲補正が困難となる。また条件式（７）の上限値を超えると望遠端での軸上色収差補正が困難となり好ましくない。
【００５７】
（ア−７）前記第３レンズ群は１つの正レンズより成る事である。
【００５８】
正の屈折力の第３レンズ群は、物体側に凸面を設けた形状の１つの正レンズ３１より構成し、像側テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割をも有するようにしている。
【００５９】
（ア−８）前記第３レンズ群の１つの正レンズは少なくとも１つの非球面を有している事である。
【００６０】
特に本発明においては、正レンズ３１の像側のレンズ面にレンズ周辺で正の屈折力が弱くなる非球面を設けるのが良い。これによれば、ズーム全域での軸外諸収差を良好に補正することができる。
【００６１】
（ア−９）前記第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事である。
【００６２】
本発明のズームレンズを用いて無限遠物体から近距離物体へのフォーカスをする場合には、第１レンズ群を物体側へ移動することで良好な性能を得られるが、さらに望ましくは、第３レンズ群を物体側に移動した方が良い。
【００６３】
これは、最も物体側に配置した第１レンズ群をフォーカシングさせた場合に生じる、前玉径の増大や、レンズ重量が最も重い第１レンズ群を移動させる事によるアクチュエーターの負荷の増大を防ぎ、さらに第１レンズ群と第２レンズ群とをカム等で単純に連携してズーミング時に移動させることが可能となり、メカ構造の簡素化及び精度向上を達成できるためである。
【００６４】
また、第３レンズ群にてフォーカシングを行う場合、広角端から望遠端への変倍に際して第３レンズ群を像側に移動する事により、フォーカシング移動量の大きい望遠端を像面側に配置する事が出来る為、ズーミング及びフォーカシングで必要となる第３レンズ群のトータルの移動量を最小とする事が可能となり、これによってレンズ系全体のコンパクト化を達成している。
【００６５】
（ア−１０）望遠端において、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から像面までの距離をＬ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第１レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ２、前記第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第３レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ３とした時に、
０．２５＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ＜０．４５ ‥‥‥（８）
なる条件を満足する事である。
【００６６】
条件式（８）の上限値を超えると、望遠端での光学全長は短くなるが各レンズ群の光軸上の長さの合計が大きくなる為、沈胴全長が長くなり好ましくない。
【００６７】
条件式（８）の下限値を超えると、各レンズ群の光軸上の長さの合計が小さくなるが、望遠端での光学全長が長くなり、必然的に各レンズ群の光軸上の移動量が増大する為、各レンズ群を移動させる為のカム環等の長さが長くなり、結果的に沈胴全長が短くならず好ましくない。
【００６８】
（ア−１１）前記第２レンズ群を構成する各レンズの光軸上の厚みの合計をＤ２、該第２レンズ群中の空気間隔の合計をＡ２とした時に、
０．０５＜Ａ２／Ｄ２＜０．２ ‥‥‥（９）
なる条件を満足する事である。
【００６９】
条件式（９）の上限値を超えると、第２レンズ群の光軸上の長さが長くなりレンズ系全体のコンパクト化が困難となり好ましくない。
【００７０】
条件式（９）の下限値を超えると、空気レンズのパワーが小さくなり球面収差の良好なる補正が困難となり好ましくない。
【００７１】
（ア−１２）負の屈折力の第１レンズ群を物体側から順に像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ１２の２枚のレンズで構成し、又は物体側に凸面を向けたメニスカス状の２つの負レンズ１１，１２と物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ１３の３枚のレンズで構成し、正の屈折力の第２レンズ群を物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス状の正レンズ２１、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ２３、両レンズ面が凸面の正レンズ２４の４枚のレンズを有し、正レンズ２１と負レンズ２２及び負レンズ２３と正レンズ２４を接合した２組みの接合レンズで構成し、正の屈折力の第３レンズ群を像側に凸面を向けた正レンズ３１又は負レンズと正レンズとの接合レンズより構成することである。
【００７２】
これによれば、良好な光学性能を保ちつつ、レンズ系のコンパクト化を容易に達成することができる。
【００７３】
（ア−１３）正の屈折力の第２レンズ群は、そのレンズ群中の最も物体側に物体側に強い凸面を向けた正レンズ２１を配置することである。これによれば、第１レンズ群を射出した軸外主光線の屈折角を少なくし、軸外諸収差の発生を少なくすることができる。
【００７４】
（ア−１４）第２レンズ群中の正レンズ２１は、最も軸上光線の通る高さが高いレンズであり、主に球面収差、コマ収差の補正に関与しているレンズである。
【００７５】
この為、正レンズ２１の物体側のレンズ面をレンズ周辺で正の屈折力が弱くなる形状の非球面とするのが良い。これによれば球面収差、コマ収差を良好に補正することが容易となる。
【００７６】
（ア−１５）第２レンズ群中の物体側の正レンズ２１の像面側に配置された負レンズ２２には像側に凹面をもたせ、それに続く像側の負レンズ２３の物体側の凸面とにより負の空気レンズを形成するのが良い。これによれば大口径比化に伴って発生する球面収差の補正を良好に行なうことができる。
【００７７】
（ア−１６）バックフォーカスをｓｋ’、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第３レンズ群の結像倍率をβ３とすると、
ｓｋ’＝ｆ３＊（１−β３）
の関係が成り立っている。ここで
０＜β３＜１．０
となるようにしている。
【００７８】
ここで、広角端から望遠端への変倍に際して第３レンズ群を像側に移動するとバックフォーカスｓｋ’が減少することになり、第３レンズ群の結像倍率β３は望遠側で増大する。すると、結果的に第３レンズ群で変倍を分担できて第２レンズ群の移動量が減少し、そのためのスペースが節約できる。これによってレンズ系の小型化を図っている。
【００７９】
次に本発明のズームレンズの各数値実施例１〜３のレンズ構成の特徴について説明する。
【００８０】
［数値実施例１］
図１に示す数値実施例１は変倍比３倍、開口比２．７〜４．８程度のズームレンズである。
【００８１】
［数値実施例２］
図５に示す数値実施例２においては、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群が像側に凸状の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動している。
【００８２】
本実施例においては、第１レンズ群を物体側より順に、メニスカス状の負レンズ１１・メニスカス状の負レンズ１２そしてメニスカス状の正レンズ１３の３枚のレンズにて構成し、第１レンズ群を２枚で構成したものに対して、更なる広角化を容易に達成している。
【００８３】
数値実施例２は変倍比３倍、開口比２．６〜４．８程度のズームレンズである。
【００８４】
［数値実施例３］
図９に示す数値実施例３においては、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群が像側に凸状の往復移動、第２レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群は像側に移動している。
【００８５】
本実施例においては、第３レンズ群をメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズの接合レンズとする事により、第２レンズ群の二つの接合レンズと共に色収差を十分に補正している。
【００８６】
数値実施例３は変倍比３．０倍、開口比２．７〜４．８程度のズームレンズである。
【００８７】
以下に本発明の数値実施例を記載する。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００８８】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、
【００８９】
【数１】
【００９０】
なる式で表わしている。また、例えば「Ｄ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。前述の各条件式と数値実施例の関係を表１に示す。
【００９１】
【００９２】
【表１】
【００９３】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００９４】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。
【００９５】
上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００９６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、小径化を達成した高変倍比で、優れた光学性能を有する及びそれを用いた光学機器ズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】 本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】 本発明の数値実施例１の中間の収差図
【図４】 本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】 本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】 本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図８】 本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
ＳＰ 絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
Claims (13)
- 物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向け、その凸面が非球面である正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した第１の接合レンズと、第２の接合レンズとで構成され、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成され、該第１の接合レンズを構成する正レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ２１、該第１の接合レンズを構成する負レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２３、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
０．０７７≦（Ｒ２１−Ｒ２３）／（Ｒ２１＋Ｒ２３）＜０．１５
ｎｄｐ３＜１．５
νｄｐ３＜７０．０
なる条件を満足する事を特徴とするズームレンズ。 - 物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、そして正の屈折力の第３レンズ群から成り、各レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズにおいて、該第２レンズ群は、２組の接合レンズで構成されており、該第２レンズ群中の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ２、アッベ数をνｄｐ２、該第３レンズ群は１つの正レンズ、又は１つの正レンズと１つの負レンズで構成されており、該第３レンズ群中の正レンズの材質の屈折率をｎｄｐ３、アッベ数をνｄｐ３とした時に、
ｎｄｐ２＞１．７０
νｄｐ２＞４０．０
ｎｄｐ３＜１．５
νｄｐ３＜７０．０
なる条件を満足する事を特徴とするズームレンズ。 - 広角端から望遠端への変倍動作に際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動する事を特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
- 前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズの２枚のレンズより成り、該負レンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴とする請求項１、２又は３のズームレンズ。
- 前記第１レンズ群中の負レンズの材質の屈折率をｎｄｎ１、アッベ数をνｄｎ１とした時に、
ｎｄｎ１＞１．７０
νｄｎ１＞３５．０
なる条件を満足する事を特徴とする請求項４のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群は１つの正レンズより成る事を特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群の１つの正レンズは少なくとも１つの非球面を有している事を特徴とする請求項６のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事を特徴とする請求項６又は７のズームレンズ。
- 望遠端において、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から像面までの距離をＬ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第１レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第２レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ２、前記第３レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第３レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をＬ３とした時に、
０．２５＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ＜０．４５
なる条件を満足する事を特徴とする請求項１から８のいずれか１項のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群を構成する各レンズの光軸上の厚みの合計をＤ２、該第２レンズ群中の空気間隔の合計をＡ２とした時に、
０．０５＜Ａ２／Ｄ２＜０．２
なる条件を満足する事を特徴とする請求項１から９のいずれか１項のズームレンズ。 - 請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴とする光学機器。
- 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
- 請求項１から１０のいずれか１項又は請求項１２のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
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