ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
【課題】 レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズを得ること。
【解決手段】 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、広角端における第２レンズ群の結像倍率β２ｗ、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長Ｌｗを各々適切に設定すること。
【解決手段】 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、広角端における第２レンズ群の結像倍率β２ｗ、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長Ｌｗを各々適切に設定すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズに関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、監視用カメラ等の撮像装置の撮影光学系として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、等の撮像装置においては、高機能化とともに装置全体の小型化されている。そしてそれに伴って、これらに用いる撮影光学系としては、レンズ全長が短くコンパクトでしかも広画角、高ズーム比で高性能なズームレンズであることが要求されている。全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型のズームレンズが知られている。
【０００３】
ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より成る３群ズームレンズが知られている。例えば、第１レンズ群を負レンズと正レンズより構成し、第２レンズ群を３つのレンズ又は４つのレンズより構成し、第３レンズ群を１つの正レンズより構成した小型で広画角のズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４３８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５０３３２号公報
【特許文献３】特開２００６−２０８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、撮像装置に用いられるズームレンズは、全系が小型で広画角、高ズーム比であることが強く要望されている。前述したネガティブリード型の３群ズームレンズにおいて全系の小型化及び高ズーム比化を図るにはズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ構成や各レンズ群の結像倍率等を適切に設定することが重要になってくる。例えば、第２レンズ群の屈折力や第２レンズ群の広角端における結像倍率等を適切に設定することが重要で、これらの構成が不適切であると全系の小型化及び広画角化、高ズーム比化を図りつつ、高い光学性能を得るのが大変困難になってくる。
【０００６】
本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、
広角端における前記第２レンズ群の結像倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図２】（Ａ）、（Ｂ） 実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図３】実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図４】（Ａ）、（Ｂ） 実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図５】実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図６】（Ａ）、（Ｂ） 実施例３のズームレンズの広角端における収差図
【図７】本発明の撮像装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、正又は負の屈折力の第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行う。具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群は単調に物体側に移動し、第３レンズ群は固定又は物体側へ、又は像側に移動する。
【００１１】
本発明のズームレンズでは、第１レンズ群の物体側又は第３レンズ群の像側に屈折力のあるレンズ群が配置されていても良い。図１は本発明の実施例１の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比３．７６、開口比３．０２〜６．０４のズームレンズである。
【００１２】
図３は本発明の実施例２の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．９０、開口比３．２５〜６．０８のズームレンズである。
【００１３】
図５は本発明の実施例３の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例３の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比３．９９、開口比３．１４〜６．５８のズームレンズである。図７は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。
【００１４】
レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正又は負の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。ＦＰは開口径が一定のフレアーカット絞りである。
【００１５】
Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。
【００１６】
収差図のうち、球面収差図においては、実線はｄ線、２点鎖線はｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、点線（ΔＭ）はメリディオナル像面、実線（ΔＳ）はサジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。レンズ断面図において、矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００１７】
各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１が像側に凸状の軌跡の一部を描いて略往復移動して、変倍に伴う像面変動を補正している。第２レンズ群Ｌ２が物体側に単調に移動して主たる変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３は実施例１では不動、実施例２では物体側へ、実施例３では像側に移動している。
【００１８】
このとき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Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きくなっている。第３レンズ群Ｌ３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っている。又は、第３レンズ群Ｌ３を焦点距離可変の光学素子を用いて、焦点距離を変化させてフォーカシングを行っている。
【００１９】
次に、各実施例のレンズ構成について説明する。各実施例においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に、負レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２の２つのレンズで構成している。また、負レンズＧ１１の物体側の面と、像側の面は、ともに非球面形状としている。
【００２０】
第２レンズ群Ｌ２を物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズＧ２１と像面側に凹面を向けた負レンズＧ２２とを接合した接合レンズ、正レンズＧ２３で構成している。最も物体側に配置された正レンズＧ２１の物体側の面を、非球面形状とすることにより球面収差とコマ収差を良好に補正している。
【００２１】
第３レンズ群Ｌ３を、１つの正レンズＧ３１で構成している。第３レンズ群Ｌ３はフォーカスレンズ群であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。
【００２２】
ＳＰはＦナンバー決定用の開口絞りである。開口絞りＳＰは開口面積が可変でも不変でも良い。各実施例において、開口絞りＳＰは光軸方向に関して第２レンズ群Ｌ２の正レンズＧ２１の物体側頂点と正レンズＧ２１の物体側のレンズ面と外周部（コバ部）の交点との間に配置されている。ＦＰは開口径が不変のフレアー絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の像側に配置している。
【００２３】
各実施例において、広角端における第２レンズ群Ｌ２の結像倍率をβ２ｗ、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。また望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとする。このとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０ ・・・（１）
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５ ・・・（２）
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００２４】
各実施例のズームレンズは、高ズーム比でありながらレンズ全長（第１レンズ面から像面までの長さ）を短くするため、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなる３群構成としている。そして各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行う。例えば少なくとも第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２を移動させてズーミングを行う。
【００２５】
一般に、３群構成のズームレンズにおいて、広角端の焦点距離、各レンズ群の変倍比を同等として高ズーム比化を進めると、望遠端においてレンズ全長が長くなってくる。
【００２６】
そこで各実施例では、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率β２ｗを条件式（１）を満足するように比較的小さく設定することで、高ズーム比化により長くなりやすい望遠端でのレンズ全長を短くしている。これにより、広角端と望遠端におけるレンズ全長の差が少なくなるようにして、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに際しての移動量を低減し、レンズ鏡筒の長さを短くして、沈胴時のカメラの厚みを薄くするのを容易にしている。
【００２７】
また、各実施例では、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を短く設定して、第２レンズ群Ｌ２の物点と像点の距離を短縮している。これは、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を短縮することに等しく、レンズ全長の短縮が容易になる。さらに、広角端におけるレンズ全長を、広角端における焦点距離に対して短く設定して、望遠端におけるレンズ全長を短くしている。上記の形態を実現するために、各実施例のズームレンズは、前述の条件式（１）乃至（３）を満足している。
【００２８】
条件式（１）は、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率の好ましい範囲を設定するものである。条件式（１）の下限を下回ると、広角端においてレンズ全長が長くなり過ぎるため、前玉有効径が大型化し、画面周辺光線がレンズに入射する角度がきつくなって高次の収差が多く発生し、これを補正するのが困難になってくる。
【００２９】
条件式（１）の上限を上回ると、高ズーム比化したとき、例えばズーム比３．５以上とした場合に、広角端でのレンズ全長に対して、望遠端でのレンズ全長が長くなりやすい。これにより、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに際しての移動量が長くなりすぎて、レンズ鏡筒の長さが長くなってきて、沈胴時のカメラの厚みを薄くすることが難しくなる。
【００３０】
条件式（２）は、望遠端における全系の焦点距離に対する第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の比の好ましい範囲を設定するものである。条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなりすぎるため、球面収差やコマ収差等を補正するために、第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズの枚数を増やすことが必要になる。この結果、沈胴時のカメラの厚みが増加してしまう。
【００３１】
条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が大きすぎるため、十分なズーム比を得るために第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔を広くすることが必要となる。この結果、高ズーム比化を図ると望遠端におけるレンズ全長が長くなってしまう。
【００３２】
条件式（３）は、広角端における全系の焦点距離に対するレンズ全長の比を規定するものである。条件式（３）の下限を下回ると、広角端におけるレンズ全長が短くなりすぎるため、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が極めて短くなり、第２レンズ群Ｌ２のレンズ枚数が増加し、沈胴時のカメラの厚みが増加してくる。条件式（３）の上限を上回ると、広角端におけるレンズ全長が長くなりすぎ、高ズーム比のズームレンズを得ようとすると、望遠端におけるレンズ全長が長くなってくる。さらに好ましくは、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を、次の如く設定するのが良い。
【００３３】
−０．５０＜β２ｗ＜−０．３５ ・・・（１ａ）
０．３５＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５ ・・・（２ａ）
６．００＜Ｌｗ／ｆｗ＜７．５０ ・・・（３ａ）
とするのが良い。
【００３４】
各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有し、焦点距離が可変のとき、望遠端において第３レンズ群Ｌ３の最大の焦点距離をｆ３ａ、最小の焦点距離をｆ３ｂとする。無限遠物体に合焦しているときの広角端と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を各々ｆ３ｗ、ｆ３ｔとする。
【００３５】
望遠端において、無限遠物体から至近距離物体にフォーカシングするときの第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の移動量をＭ３ｆとする。但し移動量の符号は物体側へ移動するときを正とする。広角端において第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面頂点から像面までの距離をＬ２ｉとする。第３レンズ群Ｌ３のレンズ面の曲率半径の絶対値が最も小さいレンズ面の曲率半径をＲ３ｍｉｎとする。このとき以下の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
【００３６】
−０．５＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．１ ・・・（４）
０．０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．１ ・・・（５）
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０５ ・・・（６）
０．１０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３５ ・・・（７）
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．４０ ・・・（８）
各実施例では、小型・軽量の第３レンズ群Ｌ３によりフォーカシングを行うことにより、フォーカシング機構の小型化を容易にしている。フォーカシングの方法は、アクチュエータによって第３レンズ群Ｌ３を光軸方向に移動させている。尚、第３レンズ群Ｌ３に焦点距離可変素子を用いても良い。
【００３７】
焦点距離可変素子としては、例えばレンズ面の曲率が可変のレンズや、非混合な２種類の液体の界面を電圧印加により変形させ、その変形により焦点距離を変えることができるエレクトロウェッティング方式等が適用できる。第３レンズ群Ｌ３は、焦点距離可変素子を用いると、フォーカシングやズーミングの際に第３レンズ群Ｌ３の移動量を低減、あるいは不動とすることができる。これにより、第３レンズ群Ｌ３の可動域の空間を狭く、又は全くとる必要がなくなる。
【００３８】
条件式（４）は第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有するときの第３レンズ群Ｌ３の最大の焦点距離ｆ３ａと最小の焦点距離ｆ３ｂとの比に関する。
【００３９】
条件式（４）は、フォーカシングを行う際の第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化の好ましい範囲を規定している。条件式（４）の上下限を超えると、いずれの場合にも第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化が少ないため、フォーカシングできる被写体距離の範囲が狭くなってしまう。さらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を、
−０．１０＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．０５ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
【００４０】
条件式（５）は第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有するときの第３レンズ群Ｌ３の広角端における焦点距離ｆ３ｗと望遠端における焦点距離ｆ３ｔとの比に関する。
【００４１】
条件式（５）は、ズーミングを行う際の第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変化させるときの好ましい焦点距離範囲を規定している。条件式（５）の上下限を超えると、いずれの場合にも第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化が少ないため、ズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３での変倍効果が少なく、高ズーム比化が難しい。さらに好ましくは、条件式（５）の数値範囲を、
０．７０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．０５ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
【００４２】
好ましくは、第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力を有するのが良く、これによればレンズ全長の短縮が容易になる。好ましくは、第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズから構成するのが良い。これによれば、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率β２ｗを小さくしたり、焦点距離ｆ２を短縮したりしても第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の干渉が起こり難く、しかも沈胴時のカメラ厚も薄くできる。
【００４３】
条件式（６）は第３レンズ群Ｌ３の、無限遠物体にフォーカシングした状態から、至近距離物体にフォーカシングした際の望遠端における移動量Ｍ３ｆに関する。
【００４４】
移動量の符号は物体側へ移動するときを正、像側へ移動するときを負としている。条件式（６）は、フォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量を規定している。条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が負の屈折力となり、レンズ全長が長くなってしまう。条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなるため、結像倍率β２ｗを小さくしたり、焦点距離ｆ２を短縮したりすると第２レンズ群と第３レンズ群が干渉しやすくなるので良くない。更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を、
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０２ ・・・（６ａ）
とするのが良い。
【００４５】
条件式（７）は広角端において第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面頂点と、像面との距離Ｌ２ｉに関する。条件式（７）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｌ２と像面が近接しすぎるため、第３レンズ群Ｌ３を配置する空間が少なくなる。また条件式（７）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｌ２と像面の距離が離れすぎてレンズ全長が増大してくる。条件式（７）の数値範囲は、
０．２０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３２ ・・・（７ａ）
とするのが良い。
【００４６】
条件式（８）は第３レンズ群Ｌ３の最も曲率半径の小さなレンズ面の曲率半径Ｒ３ｍｉｎに関する。条件式（８）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が負になってくるため、レンズ全長が長くなってしまう。条件式（８）の上限を上回ると、物体距離が無限遠における第３レンズ群の焦点距離が短くなりすぎてしまい、例えば焦点距離可変素子を用いてフォーカシングを行う場合に、十分に焦点距離を変化させることが難しくなってくる。更に好ましくは条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４７】
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．３５ …（８ａ）
以上のように各実施例によれば、ズーム比３．５以上の比較的高いズーム比を維持しつつも、レンズ全長が短いズームレンズを得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は非球面係数である。
【００４９】
非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ４・ｈ4＋Ａ６・ｈ6＋Ａ８・ｈ8＋Ａ１０・ｈ10
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のレンズ面Ｒ１３からの空気換算距離で示している。
【００５０】
各実施例において間隔ｄ５が負になっているが、これは物体側から像側へ順に開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１と数えたためである。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。
【００５１】
［数値実施例１］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 18.346 1.00 1.84954 40.1
2* 4.642 1.77
3 7.006 1.80 1.92286 18.9
4 9.634 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84954 40.1
7 17.981 0.50 1.80809 22.8
8 3.455 0.70
9 12.314 1.00 1.77250 49.6
10 -16.384 0.15
11 ∞ (可変)
12 -29.493 1.30 1.51633 64.1
13 -16.484 4.90
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.5
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-6.47267e+001 A 4=-3.39938e-004 A 6= 1.38517e-005 A 8=-1.35539e-007 A10= 2.90934e-010
第2面
K =-3.37571e+000 A 4= 1.69574e-003 A 6=-2.00746e-005 A 8= 6.96293e-007 A10= 1.66565e-008
第6面
K =-9.82635e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.76
広角 中間 望遠
焦点距離 5.26 10.71 19.80
Fナンバー 3.02 4.11 6.04
画角 32.47 19.88 11.08
像高 3.35 3.88 3.88
レンズ全長 32.50 27.74 31.15
BF 6.06 6.06 6.06
d 4 14.07 4.80 0.70
d11 2.95 7.46 14.96
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.60
2 5 8.90
3 12 70.00
4 14 ∞
物体距離ごとの 3群焦点距離
物体距離 広角 中間 望遠
500mm 62.93 48.17 28.62
2000mm 68.15 62.97 50.92
無限遠 70.00 70.00 70.00
【００５２】
［数値実施例２］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 12.108 1.00 1.84954 40.1
2* 4.952 1.80
3 6.843 1.80 1.92286 18.9
4 7.728 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84862 40.0
7 -56.401 0.50 1.80518 25.4
8 3.462 0.70
9 10.548 1.00 1.88300 40.8
10 -47.427 0.15
11 ∞ (可変)
12 345.955 1.30 1.51633 64.1
13 147.651 (可変)
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.5
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.62193e+001 A 4=-6.97885e-004 A 6= 2.36726e-005 A 8=-1.95535e-007 A10= 2.90934e-010
第2面
K =-3.80949e+000 A 4= 1.09804e-003 A 6=-2.02460e-005 A 8= 7.28576e-007 A10= 1.66565e-008
第6面
K =-9.73780e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.90
広角 中間 望遠
焦点距離 5.56 14.24 21.62
Fナンバー 3.25 4.78 6.08
画角 31.09 14.94 9.97
像高 3.35 3.80 3.80
レンズ全長 35.85 27.26 28.85
BF 5.66 5.66 5.55
d 4 17.84 3.76 0.68
d11 2.90 8.39 13.17
d13 4.50 4.50 4.63
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -14.10
2 5 9.00
3 12 -500.00
4 14 ∞
物体距離ごとの 3群焦点距離
物体距離 広角 中間 望遠
500mm 1768.00 71.99 31.17
2000mm -724.33 496.68 140.79
無限遠 -500.00 -500.00 -600.00
【００５３】
［数値実施例３］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 59.749 1.00 1.84954 40.1
2* 5.245 1.78
3 7.094 2.00 1.92286 18.9
4 10.778 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84954 40.1
7 18.928 0.50 1.80809 22.8
8 3.309 0.68
9 10.249 1.00 1.77250 49.6
10 -18.937 0.15
11 ∞ (可変)
12 88.509 1.60 1.77250 49.6
13 -203.182 (可変)
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.21732e+002 A 4=-3.27884e-004 A 6= 2.52415e-005 A 8=-2.10526e-007 A10=-8.33632e-010
第2面
K =-2.81991e+000 A 4= 1.83069e-003 A 6=-1.87009e-005 A 8= 1.78355e-006 A10= 6.37667e-008
第6面
K =-8.99768e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.99
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 14.00 20.54
Fナンバー 3.14 5.05 6.58
画角 33.22 15.47 10.68
像高 3.37 3.88 3.88
レンズ全長 33.86 29.69 32.91
BF 3.66 2.66 1.66
d 4 14.64 2.94 0.79
d11 5.65 14.18 20.56
d13 2.50 1.50 0.50
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.19
2 5 9.08
3 12 80.00
4 14 ∞
【００５４】
実施例１はフォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変えて行っている。このため条件式（６）は０となっている。実施例２では第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変えつつ、移動させてフォーカシングを行っている。実施例３において第３レンズ群Ｌ３の焦点距離は不変である。フォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を移動して行っている。このため、第３レンズ群Ｌ３に関する条件式（４）、（５）の値は1である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
次に本発明の撮像装置の一例としてデジタルスチルカメラを用いたときの実施例を図７を用いて説明する。図７において、２０はカメラ本体、２１は本発明に係るズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００５７】
２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。このように本発明によれば、小型で高い光学性能を有する撮像装置が得られる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｌ１は第１レンズ群 Ｌ２は第２レンズ群 Ｌ３は第３レンズ群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズに関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、監視用カメラ等の撮像装置の撮影光学系として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、等の撮像装置においては、高機能化とともに装置全体の小型化されている。そしてそれに伴って、これらに用いる撮影光学系としては、レンズ全長が短くコンパクトでしかも広画角、高ズーム比で高性能なズームレンズであることが要求されている。全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型のズームレンズが知られている。
【０００３】
ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より成る３群ズームレンズが知られている。例えば、第１レンズ群を負レンズと正レンズより構成し、第２レンズ群を３つのレンズ又は４つのレンズより構成し、第３レンズ群を１つの正レンズより構成した小型で広画角のズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４３８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５０３３２号公報
【特許文献３】特開２００６−２０８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、撮像装置に用いられるズームレンズは、全系が小型で広画角、高ズーム比であることが強く要望されている。前述したネガティブリード型の３群ズームレンズにおいて全系の小型化及び高ズーム比化を図るにはズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ構成や各レンズ群の結像倍率等を適切に設定することが重要になってくる。例えば、第２レンズ群の屈折力や第２レンズ群の広角端における結像倍率等を適切に設定することが重要で、これらの構成が不適切であると全系の小型化及び広画角化、高ズーム比化を図りつつ、高い光学性能を得るのが大変困難になってくる。
【０００６】
本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、
広角端における前記第２レンズ群の結像倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レンズ系全体がコンパクトで、また高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図２】（Ａ）、（Ｂ） 実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図３】実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図４】（Ａ）、（Ｂ） 実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図
【図５】実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図６】（Ａ）、（Ｂ） 実施例３のズームレンズの広角端における収差図
【図７】本発明の撮像装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、正又は負の屈折力の第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行う。具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群は単調に物体側に移動し、第３レンズ群は固定又は物体側へ、又は像側に移動する。
【００１１】
本発明のズームレンズでは、第１レンズ群の物体側又は第３レンズ群の像側に屈折力のあるレンズ群が配置されていても良い。図１は本発明の実施例１の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比３．７６、開口比３．０２〜６．０４のズームレンズである。
【００１２】
図３は本発明の実施例２の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．９０、開口比３．２５〜６．０８のズームレンズである。
【００１３】
図５は本発明の実施例３の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例３の撮像装置に用いられるズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比３．９９、開口比３．１４〜６．５８のズームレンズである。図７は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。
【００１４】
レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正又は負の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。ＦＰは開口径が一定のフレアーカット絞りである。
【００１５】
Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。
【００１６】
収差図のうち、球面収差図においては、実線はｄ線、２点鎖線はｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、点線（ΔＭ）はメリディオナル像面、実線（ΔＳ）はサジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。レンズ断面図において、矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００１７】
各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１が像側に凸状の軌跡の一部を描いて略往復移動して、変倍に伴う像面変動を補正している。第２レンズ群Ｌ２が物体側に単調に移動して主たる変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３は実施例１では不動、実施例２では物体側へ、実施例３では像側に移動している。
【００１８】
このとき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Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きくなっている。第３レンズ群Ｌ３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っている。又は、第３レンズ群Ｌ３を焦点距離可変の光学素子を用いて、焦点距離を変化させてフォーカシングを行っている。
【００１９】
次に、各実施例のレンズ構成について説明する。各実施例においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に、負レンズＧ１１、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２の２つのレンズで構成している。また、負レンズＧ１１の物体側の面と、像側の面は、ともに非球面形状としている。
【００２０】
第２レンズ群Ｌ２を物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズＧ２１と像面側に凹面を向けた負レンズＧ２２とを接合した接合レンズ、正レンズＧ２３で構成している。最も物体側に配置された正レンズＧ２１の物体側の面を、非球面形状とすることにより球面収差とコマ収差を良好に補正している。
【００２１】
第３レンズ群Ｌ３を、１つの正レンズＧ３１で構成している。第３レンズ群Ｌ３はフォーカスレンズ群であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。
【００２２】
ＳＰはＦナンバー決定用の開口絞りである。開口絞りＳＰは開口面積が可変でも不変でも良い。各実施例において、開口絞りＳＰは光軸方向に関して第２レンズ群Ｌ２の正レンズＧ２１の物体側頂点と正レンズＧ２１の物体側のレンズ面と外周部（コバ部）の交点との間に配置されている。ＦＰは開口径が不変のフレアー絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の像側に配置している。
【００２３】
各実施例において、広角端における第２レンズ群Ｌ２の結像倍率をβ２ｗ、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。また望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとする。このとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０ ・・・（１）
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５ ・・・（２）
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００２４】
各実施例のズームレンズは、高ズーム比でありながらレンズ全長（第１レンズ面から像面までの長さ）を短くするため、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなる３群構成としている。そして各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行う。例えば少なくとも第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２を移動させてズーミングを行う。
【００２５】
一般に、３群構成のズームレンズにおいて、広角端の焦点距離、各レンズ群の変倍比を同等として高ズーム比化を進めると、望遠端においてレンズ全長が長くなってくる。
【００２６】
そこで各実施例では、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率β２ｗを条件式（１）を満足するように比較的小さく設定することで、高ズーム比化により長くなりやすい望遠端でのレンズ全長を短くしている。これにより、広角端と望遠端におけるレンズ全長の差が少なくなるようにして、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに際しての移動量を低減し、レンズ鏡筒の長さを短くして、沈胴時のカメラの厚みを薄くするのを容易にしている。
【００２７】
また、各実施例では、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を短く設定して、第２レンズ群Ｌ２の物点と像点の距離を短縮している。これは、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を短縮することに等しく、レンズ全長の短縮が容易になる。さらに、広角端におけるレンズ全長を、広角端における焦点距離に対して短く設定して、望遠端におけるレンズ全長を短くしている。上記の形態を実現するために、各実施例のズームレンズは、前述の条件式（１）乃至（３）を満足している。
【００２８】
条件式（１）は、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率の好ましい範囲を設定するものである。条件式（１）の下限を下回ると、広角端においてレンズ全長が長くなり過ぎるため、前玉有効径が大型化し、画面周辺光線がレンズに入射する角度がきつくなって高次の収差が多く発生し、これを補正するのが困難になってくる。
【００２９】
条件式（１）の上限を上回ると、高ズーム比化したとき、例えばズーム比３．５以上とした場合に、広角端でのレンズ全長に対して、望遠端でのレンズ全長が長くなりやすい。これにより、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに際しての移動量が長くなりすぎて、レンズ鏡筒の長さが長くなってきて、沈胴時のカメラの厚みを薄くすることが難しくなる。
【００３０】
条件式（２）は、望遠端における全系の焦点距離に対する第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の比の好ましい範囲を設定するものである。条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなりすぎるため、球面収差やコマ収差等を補正するために、第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズの枚数を増やすことが必要になる。この結果、沈胴時のカメラの厚みが増加してしまう。
【００３１】
条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が大きすぎるため、十分なズーム比を得るために第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔を広くすることが必要となる。この結果、高ズーム比化を図ると望遠端におけるレンズ全長が長くなってしまう。
【００３２】
条件式（３）は、広角端における全系の焦点距離に対するレンズ全長の比を規定するものである。条件式（３）の下限を下回ると、広角端におけるレンズ全長が短くなりすぎるため、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が極めて短くなり、第２レンズ群Ｌ２のレンズ枚数が増加し、沈胴時のカメラの厚みが増加してくる。条件式（３）の上限を上回ると、広角端におけるレンズ全長が長くなりすぎ、高ズーム比のズームレンズを得ようとすると、望遠端におけるレンズ全長が長くなってくる。さらに好ましくは、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を、次の如く設定するのが良い。
【００３３】
−０．５０＜β２ｗ＜−０．３５ ・・・（１ａ）
０．３５＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５ ・・・（２ａ）
６．００＜Ｌｗ／ｆｗ＜７．５０ ・・・（３ａ）
とするのが良い。
【００３４】
各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有し、焦点距離が可変のとき、望遠端において第３レンズ群Ｌ３の最大の焦点距離をｆ３ａ、最小の焦点距離をｆ３ｂとする。無限遠物体に合焦しているときの広角端と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を各々ｆ３ｗ、ｆ３ｔとする。
【００３５】
望遠端において、無限遠物体から至近距離物体にフォーカシングするときの第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の移動量をＭ３ｆとする。但し移動量の符号は物体側へ移動するときを正とする。広角端において第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面頂点から像面までの距離をＬ２ｉとする。第３レンズ群Ｌ３のレンズ面の曲率半径の絶対値が最も小さいレンズ面の曲率半径をＲ３ｍｉｎとする。このとき以下の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
【００３６】
−０．５＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．１ ・・・（４）
０．０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．１ ・・・（５）
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０５ ・・・（６）
０．１０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３５ ・・・（７）
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．４０ ・・・（８）
各実施例では、小型・軽量の第３レンズ群Ｌ３によりフォーカシングを行うことにより、フォーカシング機構の小型化を容易にしている。フォーカシングの方法は、アクチュエータによって第３レンズ群Ｌ３を光軸方向に移動させている。尚、第３レンズ群Ｌ３に焦点距離可変素子を用いても良い。
【００３７】
焦点距離可変素子としては、例えばレンズ面の曲率が可変のレンズや、非混合な２種類の液体の界面を電圧印加により変形させ、その変形により焦点距離を変えることができるエレクトロウェッティング方式等が適用できる。第３レンズ群Ｌ３は、焦点距離可変素子を用いると、フォーカシングやズーミングの際に第３レンズ群Ｌ３の移動量を低減、あるいは不動とすることができる。これにより、第３レンズ群Ｌ３の可動域の空間を狭く、又は全くとる必要がなくなる。
【００３８】
条件式（４）は第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有するときの第３レンズ群Ｌ３の最大の焦点距離ｆ３ａと最小の焦点距離ｆ３ｂとの比に関する。
【００３９】
条件式（４）は、フォーカシングを行う際の第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化の好ましい範囲を規定している。条件式（４）の上下限を超えると、いずれの場合にも第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化が少ないため、フォーカシングできる被写体距離の範囲が狭くなってしまう。さらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を、
−０．１０＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．０５ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
【００４０】
条件式（５）は第３レンズ群Ｌ３が焦点距離可変素子を有するときの第３レンズ群Ｌ３の広角端における焦点距離ｆ３ｗと望遠端における焦点距離ｆ３ｔとの比に関する。
【００４１】
条件式（５）は、ズーミングを行う際の第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変化させるときの好ましい焦点距離範囲を規定している。条件式（５）の上下限を超えると、いずれの場合にも第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の変化が少ないため、ズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３での変倍効果が少なく、高ズーム比化が難しい。さらに好ましくは、条件式（５）の数値範囲を、
０．７０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．０５ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
【００４２】
好ましくは、第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力を有するのが良く、これによればレンズ全長の短縮が容易になる。好ましくは、第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズから構成するのが良い。これによれば、第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率β２ｗを小さくしたり、焦点距離ｆ２を短縮したりしても第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の干渉が起こり難く、しかも沈胴時のカメラ厚も薄くできる。
【００４３】
条件式（６）は第３レンズ群Ｌ３の、無限遠物体にフォーカシングした状態から、至近距離物体にフォーカシングした際の望遠端における移動量Ｍ３ｆに関する。
【００４４】
移動量の符号は物体側へ移動するときを正、像側へ移動するときを負としている。条件式（６）は、フォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量を規定している。条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が負の屈折力となり、レンズ全長が長くなってしまう。条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなるため、結像倍率β２ｗを小さくしたり、焦点距離ｆ２を短縮したりすると第２レンズ群と第３レンズ群が干渉しやすくなるので良くない。更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を、
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０２ ・・・（６ａ）
とするのが良い。
【００４５】
条件式（７）は広角端において第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面頂点と、像面との距離Ｌ２ｉに関する。条件式（７）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｌ２と像面が近接しすぎるため、第３レンズ群Ｌ３を配置する空間が少なくなる。また条件式（７）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｌ２と像面の距離が離れすぎてレンズ全長が増大してくる。条件式（７）の数値範囲は、
０．２０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３２ ・・・（７ａ）
とするのが良い。
【００４６】
条件式（８）は第３レンズ群Ｌ３の最も曲率半径の小さなレンズ面の曲率半径Ｒ３ｍｉｎに関する。条件式（８）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が負になってくるため、レンズ全長が長くなってしまう。条件式（８）の上限を上回ると、物体距離が無限遠における第３レンズ群の焦点距離が短くなりすぎてしまい、例えば焦点距離可変素子を用いてフォーカシングを行う場合に、十分に焦点距離を変化させることが難しくなってくる。更に好ましくは条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４７】
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．３５ …（８ａ）
以上のように各実施例によれば、ズーム比３．５以上の比較的高いズーム比を維持しつつも、レンズ全長が短いズームレンズを得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は非球面係数である。
【００４９】
非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ４・ｈ4＋Ａ６・ｈ6＋Ａ８・ｈ8＋Ａ１０・ｈ10
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のレンズ面Ｒ１３からの空気換算距離で示している。
【００５０】
各実施例において間隔ｄ５が負になっているが、これは物体側から像側へ順に開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズＧ２１と数えたためである。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。
【００５１】
［数値実施例１］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 18.346 1.00 1.84954 40.1
2* 4.642 1.77
3 7.006 1.80 1.92286 18.9
4 9.634 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84954 40.1
7 17.981 0.50 1.80809 22.8
8 3.455 0.70
9 12.314 1.00 1.77250 49.6
10 -16.384 0.15
11 ∞ (可変)
12 -29.493 1.30 1.51633 64.1
13 -16.484 4.90
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.5
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-6.47267e+001 A 4=-3.39938e-004 A 6= 1.38517e-005 A 8=-1.35539e-007 A10= 2.90934e-010
第2面
K =-3.37571e+000 A 4= 1.69574e-003 A 6=-2.00746e-005 A 8= 6.96293e-007 A10= 1.66565e-008
第6面
K =-9.82635e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.76
広角 中間 望遠
焦点距離 5.26 10.71 19.80
Fナンバー 3.02 4.11 6.04
画角 32.47 19.88 11.08
像高 3.35 3.88 3.88
レンズ全長 32.50 27.74 31.15
BF 6.06 6.06 6.06
d 4 14.07 4.80 0.70
d11 2.95 7.46 14.96
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.60
2 5 8.90
3 12 70.00
4 14 ∞
物体距離ごとの 3群焦点距離
物体距離 広角 中間 望遠
500mm 62.93 48.17 28.62
2000mm 68.15 62.97 50.92
無限遠 70.00 70.00 70.00
【００５２】
［数値実施例２］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 12.108 1.00 1.84954 40.1
2* 4.952 1.80
3 6.843 1.80 1.92286 18.9
4 7.728 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84862 40.0
7 -56.401 0.50 1.80518 25.4
8 3.462 0.70
9 10.548 1.00 1.88300 40.8
10 -47.427 0.15
11 ∞ (可変)
12 345.955 1.30 1.51633 64.1
13 147.651 (可変)
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.5
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.62193e+001 A 4=-6.97885e-004 A 6= 2.36726e-005 A 8=-1.95535e-007 A10= 2.90934e-010
第2面
K =-3.80949e+000 A 4= 1.09804e-003 A 6=-2.02460e-005 A 8= 7.28576e-007 A10= 1.66565e-008
第6面
K =-9.73780e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.90
広角 中間 望遠
焦点距離 5.56 14.24 21.62
Fナンバー 3.25 4.78 6.08
画角 31.09 14.94 9.97
像高 3.35 3.80 3.80
レンズ全長 35.85 27.26 28.85
BF 5.66 5.66 5.55
d 4 17.84 3.76 0.68
d11 2.90 8.39 13.17
d13 4.50 4.50 4.63
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -14.10
2 5 9.00
3 12 -500.00
4 14 ∞
物体距離ごとの 3群焦点距離
物体距離 広角 中間 望遠
500mm 1768.00 71.99 31.17
2000mm -724.33 496.68 140.79
無限遠 -500.00 -500.00 -600.00
【００５３】
［数値実施例３］
単位 mm
物体距離：無限遠
面データ
面番号 r d nd νd
1* 59.749 1.00 1.84954 40.1
2* 5.245 1.78
3 7.094 2.00 1.92286 18.9
4 10.778 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6* 4.012 1.70 1.84954 40.1
7 18.928 0.50 1.80809 22.8
8 3.309 0.68
9 10.249 1.00 1.77250 49.6
10 -18.937 0.15
11 ∞ (可変)
12 88.509 1.60 1.77250 49.6
13 -203.182 (可変)
14 ∞ 1.00 1.51633 64.1
15 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.21732e+002 A 4=-3.27884e-004 A 6= 2.52415e-005 A 8=-2.10526e-007 A10=-8.33632e-010
第2面
K =-2.81991e+000 A 4= 1.83069e-003 A 6=-1.87009e-005 A 8= 1.78355e-006 A10= 6.37667e-008
第6面
K =-8.99768e-001 A 4= 1.19553e-003 A 6= 1.35242e-005 A 8= 4.22012e-006 A10=-1.90053e-007
各種データ
ズーム比 3.99
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 14.00 20.54
Fナンバー 3.14 5.05 6.58
画角 33.22 15.47 10.68
像高 3.37 3.88 3.88
レンズ全長 33.86 29.69 32.91
BF 3.66 2.66 1.66
d 4 14.64 2.94 0.79
d11 5.65 14.18 20.56
d13 2.50 1.50 0.50
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.19
2 5 9.08
3 12 80.00
4 14 ∞
【００５４】
実施例１はフォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変えて行っている。このため条件式（６）は０となっている。実施例２では第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を変えつつ、移動させてフォーカシングを行っている。実施例３において第３レンズ群Ｌ３の焦点距離は不変である。フォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を移動して行っている。このため、第３レンズ群Ｌ３に関する条件式（４）、（５）の値は1である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
次に本発明の撮像装置の一例としてデジタルスチルカメラを用いたときの実施例を図７を用いて説明する。図７において、２０はカメラ本体、２１は本発明に係るズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００５７】
２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。このように本発明によれば、小型で高い光学性能を有する撮像装置が得られる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｌ１は第１レンズ群 Ｌ２は第２レンズ群 Ｌ３は第３レンズ群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、
広角端における前記第２レンズ群の結像倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第３レンズ群はフォーカシングの際に光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３レンズ群は、焦点距離可変素子を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第３レンズ群は焦点距離が可変であり、望遠端における前記第３レンズ群の最大の焦点距離をｆ３ａ、最小の焦点距離をｆ３ｂとするとき、
−０．５＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
【請求項５】
無限遠物体に合焦しているときの広角端と望遠端における前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ３ｗ、ｆ３ｔとするとき、
０．０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項３又は４に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第３レンズ群は正の屈折力を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項７】
前記第３レンズ群は１つの光学素子からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項８】
望遠端において無限遠物体から至近距離物体にフォーカシングするときの前記第３レンズ群の光軸方向の移動量をＭ３ｆとするとき、
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項９】
広角端において前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面頂点から像面までの距離をＬ２ｉとするとき、
０．１０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第３レンズ群のレンズ面の曲率半径の絶対値が最も小さいレンズ面の曲率半径をＲ３ｍｉｎとするとき、
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．４０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１１】
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乃至１０のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズであって、
広角端における前記第２レンズ群の結像倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端と広角端における全系の焦点距離を各々ｆｔ、ｆｗ、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−０．５０＜β２ｗ＜−０．２０
０．２０＜ｆ２／ｆｔ＜０．４５
４．５０＜Ｌｗ／ｆｗ＜８．５０
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第３レンズ群はフォーカシングの際に光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３レンズ群は、焦点距離可変素子を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第３レンズ群は焦点距離が可変であり、望遠端における前記第３レンズ群の最大の焦点距離をｆ３ａ、最小の焦点距離をｆ３ｂとするとき、
−０．５＜ｆ３ｂ／ｆ３ａ＜１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
【請求項５】
無限遠物体に合焦しているときの広角端と望遠端における前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ３ｗ、ｆ３ｔとするとき、
０．０＜ｆ３ｗ／ｆ３ｔ＜１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項３又は４に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第３レンズ群は正の屈折力を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項７】
前記第３レンズ群は１つの光学素子からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項８】
望遠端において無限遠物体から至近距離物体にフォーカシングするときの前記第３レンズ群の光軸方向の移動量をＭ３ｆとするとき、
０≦Ｍ３ｆ／ｆｔ＜０．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項９】
広角端において前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面頂点から像面までの距離をＬ２ｉとするとき、
０．１０＜Ｌ２ｉ／Ｌｗ＜０．３５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第３レンズ群のレンズ面の曲率半径の絶対値が最も小さいレンズ面の曲率半径をＲ３ｍｉｎとするとき、
｜ｆｗ／Ｒ３ｍｉｎ｜＜０．４０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１１】
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乃至１０のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６１３８８（Ｐ２０１３−６１３８８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８０６４（Ｐ２０１１−１９８０６４）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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