JP4203330B2 - ズームレンズおよびカメラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ズームレンズおよびカメラ装置に関する。
この発明のズームレンズは銀塩カメラに用いるズーム撮影レンズとして好適に利用できるほか、デジタルカメラやビデオカメラ、デジタルカメラ機能内臓の携帯情報端末装置に特に好適に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近来、デジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっている。
ユーザのデジタルカメラに対する要望は多岐にわたるが、高画質化と小型化は常にユーザの欲するところであり要望が大きく、撮影レンズとして用いられるズームレンズにも高性能化と小型化の両立が求められる．
デジタルカメラに用いられるズームレンズは、小型化の面ではレンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの距離）の短縮が必要であり、高性能化の面では、少なくとも３００万〜６００万画素の撮像素子に対応できる解像力を「全ズーム域」にわたって有する必要がある。
「撮影レンズの広画角化」を望むユーザも多く、ズームレンズの短焦点端の半画角は３８度以上あることが望ましい。半画角：３８度は、３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で２８ｍｍに相当する。
【０００３】
デジタルカメラ用のズームレンズには多くの種類が考えられるが、小型化に適したタイプとして「物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群を配し、第２群の物体側に第２群と一体に移動する絞りを有してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第２群が像側から物体側へ単調に移動し、第１群が「変倍に伴う像面位置の変動を補正する」ように移動するもの」がある（特許文献1〜４）。
【０００４】
特許文献１に記載されたズームレンズはこの種のズームレンズの基本的なものであり、基本的な構成は全て同号公報に開示されているが、小型化という面ではなお改良の余地を残している。
【０００５】
特許文献２記載のズームレンズでは、第１群を正・負・負・正の４枚構成として「短焦点端における歪曲収差」を良好に補正しているが、広角端における半画角は３１度程度に留まっている。また、結像性能の基本となる球面収差が大きく、３００万〜６００万画素の撮像素子への対応は困難である。
【０００６】
特許文献３記載のズームレンズは、第２群を正・負・正または負の３枚もしくは４枚構成として小型化を図っており、第１群の構成としても多くのバリエーションが開示されているが、広角端における半画角は２９〜３２度程度に留まり、３８度以上という要請には応えられない。
【０００７】
特許文献４記載のズームレンズは比較的小型で、像性能も良好であるが、広角端での半画角は３３度程度に止まっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−０３９２１４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４７３８１号公報
【特許文献３】
特開２００２−０４８９７５号公報
【特許文献４】
特開２００１−２９６４７５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、十分に小型でありながら、広角端における半画角：３８度以上を有し、なおかつ、３００万〜６００万画素の撮像素子に対応した解像力を有する高性能のズームレンズの実現を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明のズームレンズは、図１に例示するように、物体側（図の左方）から順に、負の焦点距離を持つ第１群Ｉ、正の焦点距離を持つ第２群ＩＩ、正の焦点距離を持つ第３群ＩＩＩと、第２群ＩＩの物体側に配されて第２群ＩＩと一体に移動する絞りＳとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群Ｉと第２群ＩＩの間隔が小さくなり、第２群ＩＩと第３群ＩＩＩの間隔が大きくなるように、少なくとも第１群Ｉと第２群ＩＩが移動するズームレンズである。
【００１１】
請求項１記載のズームレンズは、以下の点を特徴とする。
【００１２】
即ち、ズームレンズにおける第１群Ｉは、図１に例示されたように、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ１−１、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ１−２、両凸レンズ１−３、この両凸レンズ１−３に接合された両凹レンズ１−４を有する。
【００１３】
そして、第１群Ｉにおける第２の負メニスカスレンズ１−２の像側面から、両凸レンズ１−３の物体側面までの光軸上距離：Ｄ_４、第１群Ｉの、第１の負メニスカスレンズ１−１の物体側面から両凹レンズ１−４の像側面までの光軸上距離：Ｌ_１が、条件：
（１） 0.20<(D₄/L₁)<0.40
を満足する。
【００１４】
上記請求項１記載のズームレンズにおいては、第１群Ｉの両凹レンズ１−４の屈折率：Ｎ_１−４が、条件：
（２） 1.60<N_1-4 <1.90
を満足することが好ましい（請求項２）。この場合、第１群Ｉの両凸レンズ１−３の屈折率：Ｎ_１−３およびアッベ数：ν_１−３、第１群の両凹レンズ１−４の屈折率：Ｎ_１−４およびアッベ数：ν_１−４が、条件：
（３） -0.20<(N_1-3-N_1-4)<0.10
（４） 5<(ν_1-4-ν_1-3)<25
を満足することが好ましい（請求項３）。
【００１５】
上記請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズにおいて、第１群における第２の負メニスカスレンズ１−２の像側面を非球面とすることができる（請求項４）。
【００１６】
以下に説明する請求項５ないし７に記載のズームレンズは、物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群と、第２群の物体側に配されて第２群と一体に移動する絞りとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔が小さくなり、第２群と第３群の間隔が大きくなるように、少なくとも第１群と第２群が移動するズームレンズであって、第１群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有し、正の焦点距離を持つ第２群が、物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ２−１、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２−２、この負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズ２−３、第２の正レンズ２−４を有する。
【００１７】
請求項５記載のズームレンズは、第２群ＩＩの、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２−２の屈折率：Ｎ_２−２およびアッベ数：ν_２−２、負メニスカスレンズ２−２に接合された正メニスカスレンズ２−３の屈折率：Ｎ_２−３およびアッベ数：ν_２−３が、条件：
（５） 0.15<(N_2-2-N_2-3)<0.40
（６） 25<(ν_2-3-ν_2-2)<50
を満足する。
【００１８】
請求項６記載のズームレンズは、第２群ＩＩにおける、第１の正レンズ２−１の物体側面の曲率半径：ｒ_２−１Ｆ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２−２の物体側面の曲率半径：ｒ_２−２Ｆ、負メニスカスレンズ２−２と正メニスカスレンズ２−３の接合面の曲率半径：ｒ_２−２Ｒ、最大像高：Ｙ’が、条件：
（７） 1.40<{(1/r_2-1F)+(1/r_2-2F)+(1/r_2-2R)}×Y'<2.20
を満足する。
【００１９】
請求項７記載のズームレンズは、第２群ＩＩの第１の正レンズ２−１の物体側面から、負メニスカスレンズ２−２と正メニスカスレンズ２−３との接合面までの光軸上の距離：Ｌ_ＰＮ、第２群ＩＩの最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離：Ｌ_２が、条件：
（８） 0.40<(L_PN/L₂)<0.70
を満足する。
【００２０】
請求項５〜請求項７の任意の１に記載のズームレンズにおいて、第２群ＩＩにおける負メニスカスレンズ２−２と正メニスカスレンズ２−３との接合面の曲率は、第２群ＩＩの全ての面の中で最も大きいことが好ましい（請求項８）。
【００２１】
請求項５〜８の任意の１に記載のズームレンズにおいては、第２群ＩＩにおける、最も物体側の面と最も像側の面とを非球面とすることが好ましい（請求項９）。
【００２２】
上記ズームレンズにおける第１群を「物体側から順に、少なくとも１枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有する構成」とし、第２群を「少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも３枚の正レンズを有する構成」とすることも考えられる。
【００２３】
このズームレンズでは、第１群を「物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズの像側に接合された両凹レンズからなる構成」とすることができる。
【００２４】
上記ズームレンズにおいてはまた、第２群を「物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、この負メニスカスレンズの像側に接合された正メニスカスレンズ、第２の正レンズからなる構成」とすることも考えられる。
【００２５】
この発明のカメラ装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズを「カメラ機能部の撮影用光学系」として有することを特徴とする（請求項１０）。このようなカメラ装置は「携帯情報端末装置」として実施できる。勿論、請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズを撮影用光学系として有する、デジタルカメラ装置や、銀塩カメラ装置として実施できることも当然である。
【００２６】
この発明のように、物体側から負・正・正の３群を配して構成されるズームレンズでは一般に、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第２群が像側から物体側へと単調に移動し、第１群が「変倍に伴う像面位置の変動を補正する」ように移動する。そして、変倍機能の大半は第２群が担っており、第３群は「主として像面から射出瞳を遠ざける」ために設けられている。
【００２７】
このタイプのズームレンズで広画角化を図るためには、第１群に「より強い負のパワー」を与える必要があり、その構成が重要となる。特に、広画角化に伴って急激に増大しがちな非点収差・歪曲収差・倍率色収差等を良好に補正しなければならない。
【００２８】
このために第１群の構成枚数を増やすことが考えられるが、構成枚数の増加は第１群の「光軸方向の厚み」の増大につながり、十分な小型化を妨げるばかりかコストの増大も招来してしまう。
【００２９】
この発明のズームレンズと同様に、４枚以下のレンズで第１群を構成する場合、物体側から順に負メニスカスレンズ・正メニスカスレンズを配した２枚構成のもの、物体側から順に負メニスカスレンズ・負レンズ・正レンズを配した３枚構成のもの、物体側から順に正レンズ・負メニスカスレンズ・負レンズ・正レンズを配した４枚構成のもの、物体側から順に負メニスカスレンズ・両凹レンズ・正レンズ・負レンズを配した４枚構成のものが知られている。
【００３０】
この発明のズームレンズは、これらを上回る収差補正能力を有する第１群を実現することにより、高性能・広画角を達成する。
【００３１】
即ち、請求項１に示すように、第１群は「物体側から順に、少なくとも１枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズ」を有する。即ち、物体側には、像側に凹面を向けた１枚以上の負メニスカスレンズが配され、これに続いて両凸レンズが配される。
【００３２】
このように第１群の最も物体側に「凹面を像側に向けた負メニスカスレンズ」を配すると、広角端において、大きな画角をもって入射する光線を、負メニスカスレンズの各レンズ面（入射側が凸面、射出側が凹面）により、無理無く導いて、光軸に対する傾きを低減させることができ、この負メニスカスレンズに続く両凸レンズへの入射角を有効に小さくすることができる。
【００３３】
例えば、特許文献３に記載された実施例のうちには、第１群を凹面を像側に向けた１枚の負メニスカスレンズとし、このメニスカスレンズに続いて両凹レンズを配置したものがあるが、このような構成の場合、負メニスカスレンズにより光軸に対する傾きを低減された光線は、続いて入射する両凹レンズの凹レンズ面に大きな入射角で入射することになるため、凹レンズ面への入射部で大きな収差を生じやすい。
【００３４】
この発明のズームレンズでは、第１群の負メニスカスレンズに続いて「両凸レンズ」が配されるので、上記の如く「負メニスカスレンズにより光軸に対する傾きを低減された光線の、両凸レンズへの入射角が小さく」なり、収差の発生を抑えることができる。
【００３５】
請求項１記載のズームレンズでは、図１に例示したように、第１群Ｉは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ１−１、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ１−２、両凸レンズ１−３、この両凸レンズ１−３に接合された両凹レンズ１−４の３群４枚で構成される。
【００３６】
このため、第１群Ｉの最も物体側に「いずれも像側に凹面を向けた２枚の負メニスカスレンズ１−１、１−２を配置して、大きな入射角を持つ軸外光束を、これら２枚の負メニスカスレンズの４つの面で「少しずつ屈折させる」ことにより、これら４面のなかの特定の面で「極端に大きな軸外収差」が発生しないようにしている。
【００３７】
さらに、これら２枚の負メニスカスレンズ１−１、１−２の像側に、物体側から順に正レンズと負レンズを接合した接合レンズを配置し、倍率色収差の補正に効果を上げている。接合レンズ農地の物体側の正レンズを「両凸レンズ」、負レンズを「両凹レンズ」とすることにより、球面収差等の単色収差を十分に補正したまま倍率色収差をコントロールできる。その際、正レンズ（両凸レンズ）・負レンズ（両凹レンズ）とも「物体側に曲率の大きな面を向けている」のが望ましい。
【００３８】
より十分な広画角化を図るために、条件（１）式を満足する。
条件（１）のパラメータ：(D₄/L₁)が下限値：０．２０以下になると、軸外光線が互いに近づき、これらを分離しにくくなるため、軸外収差（非点収差・歪曲収差・倍率色収差等）の補正が難しくなる（特に、第１、第２の負メニスカスレンズに非球面を用いて収差補正を行う場合）。
【００３９】
また、製造上の理由によって「第２の負メニスカスレンズの像側面から両凸レンズの物体側面までの光軸上の距離：Ｄ_４」が変化した場合や、第２の負メニスカスレンズと両凸レンズが軸ずれを起こした場合、特に長焦点端における球面収差・コマ収差の変動が大きくなって好ましくない。
【００４０】
パラメータ：(D₄/L₁) が０．４０以上となると、軸上マージナル光線の両凸レンズへの入射位置が高くなることに起因するマイナスの球面収差が補正不足になり易く、また、短焦点端（広角端）において第１群に入射する光線の高さが増加し、第１群の外径が大きくなり、レンズ系全体を十分に小型化できなくなる。
【００４１】
さらに望ましくは、条件（１）よりもさらに狭い条件：
（１’） 0.25＜(D₄/L₁)＜0.35
を満足するのが良い。
【００４２】
解像力を高めるには像面湾曲が良好に補正されていなければならないが、像面湾曲を「より良好に補正」するためには、条件（２）を満足することが望ましい（請求項２）。
【００４３】
屈折率：Ｎ_１−４が１．６０以下であると、第１群の像面湾曲の十分な補正が難しくなり、特に短焦点端における軸外性能の劣化を引き起こし易くなる。逆に、Ｎ_１−４を１．９０以上にすることは、第１群における両凹レンズに「非常に高い屈折率」を要求することになり、コストアップを招く。さらに望ましくは、条件（２）よりもさらに狭い条件：
（２’） 1.70<N₁₄<1.90
を満足するのがよい。
【００４４】
上記条件（２）により像面湾曲を「より良好に補正した状態」において、倍率色収差を「より改善する」ためには、条件（３）、（４）を満足することが望ましい（請求項５）。
【００４５】
条件（３）のパラメータ：(N_1-3-N_1-4)が、−０．２０より小さくなるか、０．１０より大きくなると、第１群の接合レンズをなす両凸レンズ・両凹レンズ間の屈折率差が大きくなり、これに伴内い「接合面で発生する単色収差」が増大するので、第１群全体の収差バランスを維持するのが難しくなる。
【００４６】
また、条件（４）のパラメータ：(ν_1-4-ν_1-3) が５よりも小さいと、上記接合面における色収差を十分にコントロールできず、倍率色収差の補正が不十分となり易い。逆に、パラメータ：(ν_1-4-ν_1-3)が２５を越えて大きくなると、倍率色収差が補正過剰となり易く、いずれも好ましくない。
【００４７】
さらに望ましくは、条件（３）、（４）よりも狭い以下の条件：
（３’） -0.15<(N_1-3-N_1-4)<0.05
（４’） 5<(ν_1-4-ν_1-3)<25
を満足するのがよい。
【００４８】
単色収差の補正をより良好に行うためには、第１群に１面以上の非球面を有することが望ましい。中でも「最も効果的な収差補正」を行うためには、第２の負メニスカスレンズの像側面を非球面とすることが望ましい（請求項４）。第２の負メニスカスレンズの像側面は第１群の中で最も曲率を小さくし、大きなパワーを持たせることができるが、この箇所に非球面を導入することにより、特に短焦点端における歪曲収差や非点収差等を効果的に補正することが可能となる。
【００４９】
第１の負メニスカスレンズの像側面を非球面とすることによっても同様の効果を得ることが可能であるが、第１の負メニスカスレンズは第２の負メニスカスレンズよりも径が大きいので、非球面レンズの製作が相対的に難しくなりコストアップの要因となる。したがって、第２の負メニスカスレンズに上記の如く非球面を設けるのが良い。
【００５０】
この発明のズームレンズの最も大きな特徴は、以上に述べた第１群の構成にあるが、ズームレンズとして「より良好な収差補正を行うための条件」を以下に述べる。
【００５１】
各種の収差が少なく、解像力の高いズームレンズを実現するには「変倍による収差変動」を小さく抑えることも重要であり、特に主変倍群である第２群がその変倍範囲の全域において良好に収差補正されていることが望ましい。このため、第２群の構成枚数を増やすことが考えられるが、第１群と同様、構成枚数の増加は第２群の光軸方向の厚みを増やすことにつながり、十分な小型化の達成を困難としコストの増大も招きやすい。
【００５２】
４枚以下のレンズで構成される第２群としては、物体側から順に「正レンズ・負レンズ・正レンズ」を配した３枚構成のもの、物体側から順に「正レンズ・正レンズ・負レンズ」を配した３枚構成のもの、物体側から順に「正レンズ・正レンズ・負レンズ・正レンズ」を配した４枚構成のもの、物体側から順に「正レンズ・負レンズ・負レンズ・正レンズ」を配した４枚構成のものが知られており、上に説明した構成を有する「この発明のズームレンズにおける第１群」とこれらの第２群とを組み合わせることで、小型・広画角・高性能のズームレンズを構成できる。
【００５３】
さらに、この発明のズームレンズにおける第２群を、物体側から順に「正レンズ・負レンズ・正レンズ・正レンズ」を配した４枚構成のものとすることができる。
【００５４】
第２群の物体側に開口絞りが配置される構成上、第２群内では「開口絞りから遠い像側のレンズ面ほど、軸外光線が光軸から離れた場所を通る」ため、軸外収差の補正に関与が深くなる。第２群は、全体として負のパワーの両側に正のパワーを有する対称なパワー配置であるが、軸外収差の補正に関与が深い「像側の正のパワー」を２枚の正レンズに分割することによってパワー配分の自由度が増え、軸外収差の良好な補正が可能になる。
【００５５】
このように、第２群を正・負・正・正の４枚構成とする場合、第２群を、図１に例示するように、物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ２−１、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２−２、この負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズ２−３、および第２の正レンズ２−４からなる３群４枚構成とすることができる（請求項５ないし７）。
【００５６】
第２群において、物体側から２番目の負レンズ（負メニスカスレンズ２−２）と３番目の正レンズ（正メニスカスレンズ２−３）を接合することは、組み付け偏心の抑制や組み付け工数の削減に効果がある。
【００５７】
さらに、物体側から２番目の負レンズ２−２をメニスカス形状としてその物体側面に正のパワーを持たせることにより、最も物体側の第１の正レンズとともに「正のパワーを分担」させ、また、物体側から３番目の正レンズ２−３をメニスカス形状としてその像側面に負のパワーを持たせることにより「接合面とともに負のパワーを分担」させることにより、第２群中の特定の面で「過大な収差」が発生することを防ぎつつ、第２群全体としての収差量の低減と製造誤差感度の低減を両立させることができる。
【００５８】
条件（５）、（６）を満足することにより、より十全な収差補正が可能となる（請求項５）。
【００５９】
条件（５）のパラメータ：(N_2-2-N_2-3)を０．１５より小さくすると、負・正メニスカスレンズ２−２、２−３の接合面に十分な負のパワーを与えることが困難になり、像面湾曲を補正しきれなくなる。パラメータ：(N_2-2-N_2-3)を０．４より大きくすると、第２群の負メニスカスレンズ２−２に非常に高い屈折率が要求され、高価な硝材が必要となりコストアップを招く。また、条件（６）のパラメ−タ：(ν_2-3-ν_2-2)を２５よりも小さくすると、負・正メニスカスレンズ２−２、２−３の接合面における色収差を十分にコントロールできず、軸上色収差の補正と倍率色収差の補正を両立させることが難しくなる。
【００６０】
また、パラメータ：(ν_2-3-ν_2-2)を５０よりも大きくすると、正メニスカスレンズ２−３に非常に小さな分散が要求され、高価な硝材が必要となってコストアップを招く。なお、さらに望ましくは、条件（５）、（６）よりもさらに狭い、以下の条件：
（５’） 0.20<(N_2-2-N_2-3)<0.40
（６’） 30<(ν_2-3-ν_2-2)<50
を満足するのがよい。
【００６１】
像面湾曲をさらに改善するには、条件（７）を満足することが望ましい（請求項６）。
【００６２】
条件（７）のパラメータ：{(1/r_2-1F)+(1/r_2-2F)+(1/r_2-2R)}×Y'を、１．４０より大きくすると、第２群の像面湾曲を十分に補正でき、ズーム域全体にわたって「像面の平坦性」を保つことが可能となる。しかし、上記パラメータが２．２０を越えて大きくすると、第２群の各面で発生する収差が大きくなって「収差のやりとり」が増え、製造誤差感度が大きくなる。
【００６３】
なお、さらに望ましくは、条件（７）よりもさらに狭い条件：
（７’） 1.55＜{(1/r_2-1F)+(1/r_2-2F)+(1/r_2-2R)}×Y'＜2.05
を満足するのが良い。
【００６４】
さらに球面収差・非点収差・コマ収差を改善するためには、条件（８）を満足することが望ましい（請求項７）。
【００６５】
第２群において、最も物体側の第１の正レンズ２−１の物体側面と、負・正メニスカスレンズ２−２、２−３の接合面は双方とも曲率が大きく、互いに大きく収差をやりとりして収差補正に最も寄与している。良好な収差補正には「これら２つの面を通る光線の高さ」が重要である。
【００６６】
条件（８）のパラメータ：(L_PN/L₂)が０．４０より小さくなると、第２群の負メニスカスレンズ２−２の像側面における軸外主光線の高さが小さくなり過ぎ、非点収差・コマ収差の補正が不足する場合が生じる。パラメータ：(L_PN/L₂) が０．７０を越えて大きくなると、第２群の負メニスカスレンズ２−２の像側面における軸上マージナル光線高さが小さくなり過ぎ、球面収差の補正が不足する場合が生じる。さらに望ましくは、条件（８）よりもさらに狭い条件：
（８’） 0.45<(L_PN/L₂)<0.65
を満足するのがよい。
【００６７】
単色収差と色収差のバランスをより良好なものとするためには、第２群の負メニスカスレンズ２−２と正メニスカスレンズ２−３の接合面の曲率が、第２群の全ての面の中で最も大きいことが望ましい（請求項８）。
【００６８】
第２群において、上記接合面以外の面の曲率が接合面の曲率よりも大きいと、単色収差を良好に補正したまま「軸上色収差と倍率色収差のバランスをとる」ことが難しくなる。
【００６９】
単色収差の補正をさらに良好に行うには、第２群に２面以上の非球面を有することが望ましい。これら２面以上の非球面をそれぞれ「光線の通り方が異なる箇所」に用いることで収差補正の自由度を向上させることが可能となる。最も効果的な収差補正を行うには、第２群の最も物体側の面と最も像側の面を非球面とすることが望ましい（請求項９）。
【００７０】
第２群の最も物体側の面は絞りＳの近傍であるため、軸上と軸外の光束がほとんど分離せずに通り、この箇所に設けた非球面は、主として球面収差やコマ収差の補正に寄与する。第２群の最も像側の面は絞りＳから離れているため、軸上と軸外の光束がある程度分離して通り、この箇所に設けた非球面は、非点収差等の補正に寄与する。このように、２面の非球面を「最も物体側の面と最も像側の面に用いる」ことにより、それぞれの非球面が十分に異なる効果をもたらし、収差補正の自由度が飛躍的に増加する。
【００７１】
この発明で解決課題している、小型化・広画角化（３８度以上）・高解像力は、前述した、第１群を「物体側から順に、少なくとも１枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有する構成」とし、第２群を「少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも３枚の正レンズを有する構成」や、第１群を「物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズの像側に接合された両凹レンズからなる構成」、さらには、第２群を「物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、この負メニスカスレンズの像側に接合された正メニスカスレンズ、第２の正レンズからなる構成」によっても達成できる。
このような構成を採ることによっても、第１群と第２群のそれぞれが有する「収差補正上の能力」が相乗的に働き、十分に小型・広画角で高性能のズームレンズを得ることが可能となる。
【００７２】
以上に説明した第１群・第２群の構成によってこの発明のズームレンズは十分に特徴付けられているが、ズームレンズとしてさらに良好な性能を確保するための条件を付記しておく。
【００７３】
第３群は、物体側に曲率の大きな面を向けた正レンズとし、少なくとも１面に非球面を有することが望ましい。このような構成によれば、第３群の厚みを最小限に抑えつつ「非点収差等の軸外収差」をより良好に補正することができる。
【００７４】
また、第３群は変倍に際して固定としても良いが、少量移動させることにより「収差補正の自由度」を増加させることができる．
絞りの開放径は「変倍に拘わらず一定とする」のが機構上簡略で良い。ただし、長焦点端の開放径を、短焦点端に比べて大きくすることにより、変倍に伴うＦナンバの変化を小さくすることもできる。また、像面に到達する光量を減少させる必要があるときには「絞りを小径化」しても良いが、絞り径を大きく変えることなく、ＮＤフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明のズームレンズの具体的な数値実施例を示す。全実施例を通じて最大像高は４．６５ｍｍとした。
【００７６】
各実施例における記号の意味は以下の通りである．
f：全系の焦点距離
F：Fナンバ
ω：半画角
R：曲率半径
D：面間隔
Nd：屈折率
νd：アッベ数
K：非球面の円錐定数
A₄：4次の非球面係数
A₆：6次の非球面係数
A₈：8次の非球面係数
A₁₀：10次の非球面係数
A₁₂：12次の非球面係数
A₁₄：14次の非球面係数
A₁₆：16次の非球面係数
A₁₈：18次の非球面係数
非球面は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をC、光軸からの高さをHとするとき、周知の式：
Ｘ＝CH²／[1+√{1-(1+K)C²H²}]
+A₄・H⁴+A₆・H⁶+A₈・H⁸+A₁₀・H¹⁰+A₁₂・H¹²+A₁₄・H¹⁴+A₁₆・H¹⁶+A₁₈・H¹⁸
により定義される。
【００７７】
【実施例】
実施例１
f = 5.98〜16.89，F = 2.62〜4.51，ω = 39.18〜15.52

【００７８】
非球面：第４面
K = 0.0，A₄ =-3.19923×10^-4，A₆ =-7.49996×10^-6，A₈ = 3.11483×10^-7，
A₁₀ =-1.90421×10^-8，A₁₂ = 3.91258×10^-10，A₁₄ =-2.01103×10^-12，
A₁₆ =-5.49008×10^-14，A₁₈ = 3.19870×10^-16
非球面：第９面
K = 0.0，A₄ =-9.62105×10^-5，A₆ =-9.78873×10^-7，A₈ = 1.62625×10^-8，
A₁₀ = -8.46903×10^-10
非球面：第15面
K = 0.0，A₄ = 1.62639×10^-4，A₆ = 2.90705×10^-5，A₈ =-3.68616×10^-6，
A₁₀ = 2.00067×10^-7
非球面：第16面
K = 0.0，A₄ =-1.57048×10^-5，A₆ = 5.24326×10^-6，A₈ =-2.39620×10^-7，
A₁₀ = 4.62003×10^-9 。
【００７９】

【００８０】
条件パラメータの数値
D₄/L₁ = 0.294
(N_1-3 - N_1-4) = -0.106
(ν_1-4 -ν_1-3) = 9.02
(N_2-2 - N_2-3) = 0.208
(ν_2-3 -ν_2-2) = 31.7
｛(1/r_2-1F) + (1/r_2-2F) + (1/r_2-2R)｝×Y'= 1.86
(L_PN/L₂) = 0.498 。
【００８１】
実施例２
f = 5.97〜16.88，F = 2.62〜4.59，ω = 39.21〜15.53

【００８２】
非球面：第４面
K = 0.0，A₄ =-3.07826×10^-4，A₆ =-4.85834×10^-6，A₈ = 4.79994×10^-8，
A₁₀ =-5.13369×10^-9，A₁₂ = 1.31874×10^-10，A₁₄ =-4.44648×10^-12，
A₁₆ = 1.00002×10^-13，A₁₈ =-1.19017×10^-15
非球面：第９面
K = 0.0，A₄ =-1.10644×10^-4，A₆ = 2.90173×10^-7，A₈ =-1.07103×10^-7，
A₁₀ = 2.85402×10^-9
非球面：第15面
K = 0.0，A₄ = 9.10913×10^-5，A₆ = 3.24177×10^-7，A₈ =-1.34026×10^-7，
A₁₀ =-3.59634×10^-8
非球面：第16面
K = 0.0，A₄ =-2.67179×10^-5，A₆ = 5.31764×10^-6，A₈ =-2.07797×10^-7，
A₁₀ = 3.28298×10^-9 。
【００８３】

【００８４】
条件のパラメータの数値
D₄/L₁ = 0.325
(N_1-3 - N_1-4) = -0.106
(ν_1-4 -ν_1-3) = 9.02
(N_2-2 - N_2-3) = 0.226
(ν_2-3 -ν_2-2) = 36.6
｛(1/r_2-1F) + (1/r_2-2F) + (1/r_2-2R)｝×Y'= 2.02
(L_PN/L₂) = 0.520 。
【００８５】
実施例３
f = 5.97〜16.88，F = 2.61〜4.45，ω = 39.20〜15.54

【００８６】
非球面：第４面
K = 0.0，A₄ =-3.28735×10^-4，A₆ =-3.95505×10^-6，A₈ = 1.71512×10^-9，
A₁₀ =-5.76704×10^-9，A₁₂ = 1.88632×10^-10，A₁₄ =-5.01533×10^-12，
A₁₆ = 8.46845×10^-14，A₁₈ =-9.53474×10^-16
非球面：第９面
K = 0.0，A₄ =-9.81680×10^-5，A₆ = 2.13804×10^-7，A₈ =-7.01685×10^-8，
A₁₀ = 1.49964×10^-9
非球面：第15面
K = 0.0，A₄ = 1.02941×10^-4，A₆ = 1.46109×10^-5，A₈ =-1.82418×10^-6， A₁₀ = 8.25168×10^-8
非球面：第16面
K = 0.0，A₄ = 1.53668×10^-5，A₆ = 6.06988×10^-7，A₈ = 1.88462×10^-8，
A₁₀ =-3.07013×10^-10 。
【００８７】

【００８８】
条件のパラメータの数値
D₄/L₁ = 0.303
(N_1-3 - N_1-4) = -0.146
(ν_1-4 -ν_1-3) = 11.82
(N_2-2 - N_2-3) = 0.258
(ν_2-3 -ν_2-2) = 37.5
｛(1/r_2-1F) + (1/r_2-2F) + (1/r_2-2R)｝×Y'= 1.80
(L_PN/L₂) = 0.523 。
【００８９】
実施例４
f = 5.97〜14.07，F = 2.61〜4.05，ω = 39.20〜18.55

【００９０】
非球面：第４面
K = 0.0，A₄ =-3.65648×10^-4，A₆ =-7.69868×10^-6，A₈ = 3.21673×10^-7，
A₁₀ =-2.69702×10^-8，A₁₂ = 6.39510×10^-10，A₁₄ = 3.39873×10^-12，
A₁₆ =-4.70104×10^-13，A₁₈ = 5.69704×10^-15
非球面：第９面
K = 0.0，A₄ =-1.20418×10^-4，A₆ = 4.09247×10^-7，A₈ =-1.17777×10^-7，
A₁₀ = 3.33202×10^-9
非球面：第15面
K = 0.0，A₄ = 1.34801×10^-4，A₆ = 2.11761×10^-5，A₈ =-2.36142×10^-6，
A₁₀ = 1.08818×10^-7
非球面：第16面
K = 0.0，A₄ = 2.73069×10^-6，A₆ = 4.04193×10^-6，A₈ =-1.57711×10^-7，
A₁₀ = 2.95910×10^-9 。
【００９１】

【００９２】
条件のパラメータの数値
D₄/L₁ = 0.345
(N_1-3 - N_1-4) = 0.029
(ν_1-4 -ν_1-3) = 17.2
(N_2-2 - N_2-3) = 0.226
(ν_2-3 -ν_2-2) = 36.56
｛(1/r_2-1F) + (1/r_2-2F) + (1/r_2-2R)｝×Y'= 1.80
(L_PN/L₂) = 0.526 。
【００９３】
図１〜図４に順次、上記実施例１〜４のズームレンズの構成断面図を示す。これらの図において、符号Ｉは第１群、符号ＩＩは第２群、符号ＩＩＩは第３群、符号Ｓは絞りを示し、符号ＦＬは「各種フィルタ」を示している。
【００９４】
図５〜図７に順次、実施例１に関する短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。図８〜図１０に順次、実施例２に関する短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。図１１〜図１３に順次、実施例３に関する短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。図１４〜図１６に順次、実施例４に関する短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。
【００９５】
これら収差曲線図に見られるとおり、各実施例とも、短焦点端における半画角は３９度以上が達成されるとともに収差が十分に補正され、３００万〜６００万画素の受光素子に対応することが可能となっている。また、十分な小型化が達成され、非常に良好な像性能を確保できている。
【００９６】
【発明の実施の形態】
図１７および図１８を参照して、携帯情報端末装置としてのカメラ装置の実施の形態を説明する。
図１７の（ａ）、（ｂ）は正面側と上部面とを示す図、（ｃ）は背面側を示す図である。カメラ装置３０は、撮影レンズ３１として、上に説明した請求項１〜１５の任意の１に記載のズームレンズ（より具体的には、例えば、上記実施例１〜４の適宜のもの）を「撮影用ズームレンズ」として有する。
【００９７】
図１７（ａ）において、符号３２はフラッシュ、符号３３はファインダを示す。ズームレバー３４とシャッタボタン３５は、本体の上面側に配置されている。
図１７（ｂ）は撮影レンズ３１の使用状態を示す図である。
撮影レンズ３１は、使用されないときは、図１７（ａ）に示すように、カメラ装置本体に「沈胴式」に収納される。ズームレンズの上記各実施例とも、レンズ枚数が９枚と少なく、第２群の厚さも小さいので、沈胴式に収納すると薄いカメラ本体内に収納できる。
【００９８】
図１７（ｃ）に示すように、電源スイッチ３６、操作ボタン３７、液晶モニタ３８はカメラ装置本体の背面側に配置され、通信カード用スロット３９Ａと、メモリカードスロット３９Ｂは、本体側面に配置されている。
【００９９】
図１８は、カメラ装置の「システム構造」を示す図である。カメラ装置３０は携帯情報端末装置である。図１８に示すように、カメラ装置３０は、撮影レンズ３１と受光素子（エリアセンサ）４５を有し、撮影レンズ３１によって形成される撮影対象物の像を受光素子４５によって読取るように構成され、受光素子４５からの出力は中央演算装置４０の制御を受ける信号処理装置４２によって処理されてデジタル情報に変換される。即ち、カメラ装置３０は「撮影画像をデジタル情報とする機能」を有している。
【０１００】
信号処理装置４２によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置４０の制御を受ける画像処理装置４１において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ４４（前記メモリカードスロット３９Ｂにセットされる）に記録される。液晶モニタ３８には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ４４に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ４４に記録した画像は、通信カード４３（前記通信カード用スロット３９Ａにセットされる）等を使用して外部へ送信することも可能である。
【０１０１】
図１７（ａ）に示すように、撮影レンズ３１は、カメラ装置３０の携帯時には「沈胴状態」にあり、ユーザが電源スイッチ３６を操作して電源を入れると、図１７（ｂ）に示すように鏡胴が繰り出される。このとき、鏡胴内部でズームレンズの各群は、例えば「短焦点端の配置」となっており、ズームレバー３４を操作することで各群の配置が変化して長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダ３３も撮影レンズの画角変化に連動して変倍する。
【０１０２】
シャッタボタン３５の「半押し」によりフォーカシングがなされる。フォーカシングは、第１群もしくは第３群、あるいは受光素子の移動によって行うことができる。シャッタボタン３５を、半押し状態からさらに押し込むと撮影がなされ、その後は上記の「画像情報処理」が実行される。
【０１０３】
半導体メモリ４４に記録した画像を液晶モニタ３８に表示したり、通信カード４３等を使用して外部へ送信する場合は、操作ボタン３７の操作により行なう。
撮影レンズ３１として、実施例１〜４の任意のものを使用すると、これらは性能良好であるので、受光素子４５として、３００万画素〜６００万画素クラスのものを使用した高画質で小型のカメラ装置（携帯情報端末装置）を実現できる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規なズームレンズとカメラ装置を実現できる。この発明のズームレンズは、上記の如く、十分に小型で、３８度以上の半画角という広画角を実現でき、しかも高性能であり３００万〜６００万画素の撮像素子に対応した解像力を実現可能である。従って、このズームレンズをカメラ機能部の撮影光学系として使用することにより、小型・高画質のカメラ装置（携帯情報端末装置等）を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図２】実施例２のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図３】実施例３のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図４】実施例４のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図５】実施例１のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。
【図６】実施例１のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である．
【図７】実施例１のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。
【図８】実施例２のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。
【図９】実施例２のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である．
【図１０】実施例２のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。
【図１１】実施例３のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。
【図１２】実施例３のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である．
【図１３】実施例３のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。
【図１４】実施例４のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。
【図１５】実施例４のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である．
【図１６】実施例４のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。
【図１７】カメラ装置（携帯情報端末装置）の実施の１形態を示す外観図である。
【図１８】図２９のカメラ装置のシステム構造を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ 第１群
ＩＩ 第２群
ＩＩＩ 第３群
Ｓ 絞り
Ｆ 各種フィルタ

Claims (10)

1. 物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群と、第２群の物体側に配されて第２群と一体に移動する絞りとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔が小さくなり、第２群と第３群の間隔が大きくなるように、少なくとも第１群と第２群が移動するズームレンズであって、
   第１群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有し、
   第１群における第２の負メニスカスレンズの像側面から、両凸レンズの物体側面までの光軸上距離：Ｄ _４ 、第１群の、第１の負メニスカスレンズの物体側面から両凹レンズの像側面までの光軸上距離：Ｌ _１ が、条件：
   （１） 0.20<(D ₄ /L ₁ )<0.40
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 請求項１記載のズームレンズにおいて、
   第１群の両凹レンズの屈折率：Ｎ _１−４ が、条件：
   （２） 1.60<N _1-4 <1.90
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項２記載のズームレンズにおいて、
   第１群の両凸レンズの屈折率：Ｎ _１−３ およびアッベ数：ν _１−３ 、第１群の両凹レンズの屈折率：Ｎ _１−４ およびアッベ数：ν _１−４ が、条件：
   （３） -0.20<(N _1-3 -N _1-4 )<0.10
   （４） 5<( ν _1-4 - ν _1-3 )<25
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第１群における第２の負メニスカスレンズの像側面を非球面としたことを特徴とするスームレンズ。
5. 物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群と、第２群の物体側に配されて第２群と一体に移動する絞りとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔が小さくなり、第２群と第３群の間隔が大きくなるように、少なくとも第１群と第２群が移動するズームレンズであって、
   第１群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有し、
   正の焦点距離を持つ第２群が、物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、この負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズ、第２の正レンズを有し、
   第２群における、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズの屈折率：Ｎ _２−２ およびアッベ数：ν _２−２ 、上記負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズの屈折率：Ｎ _２−３ およびアッベ数：ν _２−３ が、条件：
   （５） 0.15<(N _2-2 -N _2-3 )<0.40
   （６） 25<( ν _2-3 - ν _2-2 )<50
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
6. 物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群と、第２群の物体側に配されて第２群と一体に移動する絞りとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔が小さくなり、第２群と第３群の間隔が大きくなるように、少なくとも第１群と第２群が移動するズームレンズであって、
   第１群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有し、
   正の焦点距離を持つ第２群が、物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、この負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズ、第２の正レンズを有し、
   第２群における、第１の正レンズの物体側面の曲率半径：ｒ _２−１Ｆ 、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズの物体側面の曲率半径：ｒ _２−２Ｆ 、この負メニスカスレンズとこれに接合される正メニスカスレンズの接合面の曲率半径：ｒ _２−２Ｒ 、最大像高：Ｙ’が、条件：
   （７） 1.40<{(1/r _2-1F )+(1/r _2-2F )+(1/r _2-2R )} × Y'<2.20
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
7. 物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１群、正の焦点距離を持つ第２群、正の焦点距離を持つ第３群と、第２群の物体側に配されて第２群と一体に移動する絞りとからなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１群と第２群の間隔が小さくなり、第２群と第３群の間隔が大きくなるように、少なくとも第１群と第２群が移動するズームレンズであって、
   第１群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた第１の負メニスカスレンズ、像側に凹面を向けた第２の負メニスカスレンズ、両凸レンズ、この両凸レンズに接合された両凹レンズを有し、
   正の焦点距離を持つ第２群が、物体側から順に、物体側に曲率の大きな面を向けた第１の正レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、この負メニスカスレンズに接合された正メニスカスレンズ、第２の正レンズを有し、
   第２群の第１の正レンズの物体側面から、負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合面までの光軸上の距離：Ｌ _ＰＮ 、第２群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離：Ｌ _２ が、条件：
   （８） 0.40<(L _PN /L ₂ )<0.70
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
8. 請求項５〜請求項７の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第２群における負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合面の曲率が、第２群の全ての面の中で最も大きいことを特徴とするズームレンズ。
9. 請求項５〜８の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第２群における、最も物体側の面と最も像側の面とが非球面であることを特徴とするズームレンズ。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ装置。

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