JP2004004765A

JP2004004765A - Zoom lens system

Info

Publication number: JP2004004765A
Application number: JP2003111307A
Authority: JP
Inventors: Masaru Eguchi; 江口　勝
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4189257B2

Abstract

【目的】テレフォトタイプの３群ズームレンズであって、ズーム比が２〜３倍程度の小型のデジタルカメラ用ズームレンズ系を得る。
【構成】物体側から順に、負、正、正の３群構成で、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大するように移動し、次の条件式（１）ないし（３）を満足するズームレンズ系。
（１）０．４＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／｜ｆ１｜＜０．８　（ｆ１＜０）
（２）０．７＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／ｆ２＜１．４
（３）０．４＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／ｆ３＜０．９
但し、
ｆｗ：短焦点距離端での全系焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離端での全系焦点距離、
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）。
【選択図】　　　図１An object of the present invention is to provide a small-sized digital camera zoom lens system having a zoom ratio of about 2 to 3 times, which is a telephoto type three-group zoom lens.
[Construction] In order from the object side, there are three groups, negative, positive and positive. When zooming from the short focal length end to the long focal length end, the distance between the first lens unit and the second lens unit decreases, and A zoom lens system in which the distance between the lens group and the third lens group moves so as to increase, and satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
(1) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /|f1|<0.8 (f1 <0)
(2) 0.7 <(fw · ft) ^1/2 /f2<1.4
(3) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /f3<0.9
However,
fw: the focal length of the entire system at the short focal length extremity,
ft: the total focal length at the long focal length extremity,
fi: focal length of the i-th lens group (i = 1 to 3).
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、主に電子スチルカメラ（デジタルカメラ）に用いられる、ズーム比（変倍比）２〜３倍程度で広角域（半画角３０°以上）を含むズームレンズ系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
近年、デジタルカメラの小型化と高精細化のニーズが高まり、ＣＣＤ撮像素子の画素が微細化されている。そのためデジタルカメラの撮影レンズは、高解像度であることが要求される。さらにフィルター類を配置するために長いバックフォーカスも必要とされる。また、カラーＣＣＤ用の光学系は、シェーディングや色ずれ防止のために、レンズ最終面からの射出光が撮像面にできるだけ垂直に入射する、いわゆるテレセントリック性の良いことが求められる。
【０００３】
コンパクトタイプのデジカメ用小型ズームレンズ系として、ズーム比２〜３倍程度のものは、負レンズ先行型（ネガティブリード型）のレンズ系（テレフォトタイプ）が良く用いられる。これらのレンズ系では短焦点距離端の広角化とレンズ系の小型化、特に前玉（最も物体側のレンズ）の小径化ができるため、収納時にレンズ群の間隔を圧縮して収納するいわゆる沈胴ズーム用に適している。また、射出瞳位置を像面より十分遠方にする必要から、物体側から順に負正正の３成分からなるいわゆる３群ズームレンズ系がよく用いられる。このような３群ズームレンズ系は、例えば、特開平１０‐２１３７４５号公報、同１０‐１７０８２６号公報等で提案されている。
【０００４】
しかし、特開平１０‐２１３７４５号公報では、レンズ枚数を削減し小型化を図っているが、焦点距離に対して前玉径やレンズ全長が大きく、小型化が十分達成されているとは言えない。また、同１０‐１７０８２６号公報では、小型化を達成したテレセントリック光学系が提案されているが、構成枚数が７枚と多いため、レンズ系の沈胴収納長が長くなり、カメラが大型化してしまう問題がある。小型沈胴式カメラ用のズームレンズ系は、カメラ本体の小型化のために前玉径とレンズ全長が小さいことに加えて、各レンズ群の厚さも小さいことが求められている。一般的にレンズ系の小型化や群厚を小さくするために構成枚数を削減すると、収差補正の難易度が増す。小型化を図りながら全変倍範囲に渡り諸収差を良好に補正するためには、適切な各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が必要となる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、テレフォトタイプの３群ズームレンズ系であって、ズーム比が２〜３倍程度の広角域（半画角３０°以上）を含む小型のデジタルカメラ用ズームレンズ系を得ることを目的とする。また、本発明は、３群ズームレンズ系の２群レンズ中に両面非球面の正単レンズを含む構成において、該第２レンズ群の偏芯に起因する収差劣化の感度を低減することができるズームレンズ系を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明のズームレンズ系は、その第一の態様によると、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大するように移動し、次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴としている。
（１）０．４＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／｜ｆ１｜＜０．８　（ｆ１＜０）
（２）０．７＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／ｆ２＜１．４
（３）０．４＜（ｆｗ・ｆｔ）^１／２／ｆ３＜０．９
但し、
ｆｗ：短焦点距離端での全系焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離端での全系焦点距離、
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）、
である。
【０００７】
第２レンズ群の最も像側のレンズは、像側に凹面を向けたレンズから構成するのが好ましく、さらに次の条件式（４）を満足させるのが好ましい。
（４）０．４＜｜Ｒｓ｜／ｆｗ＜０．８
但し、
Ｒｓ：上記像側に凹面を有するレンズの像側の面の曲率半径、
である。
【０００８】
各レンズ群の具体的な構成としては、第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ１枚と正レンズ１枚で構成し、第２レンズ群は、物体側から順に、正レンズ２枚と負レンズ１枚で構成し、第３レンズ群は正レンズ１枚で構成することができる。
【０００９】
あるいは、第２レンズ群については、上の３枚構成を正レンズ１枚と負レン　ズ１枚の２枚構成とすることも可能であるが、この構成では、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）νｓ＜２３
但し、
νｓ：第２レンズ群の像側のレンズのアッベ数、
である。
【００１０】
本発明によるズームレンズ系は、第二の態様では、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大するように移動し、前記第２レンズ群の最も像側のレンズは、像側に凹面を有するレンズであり、次の条件式（４）を満足することを特徴としている。
（４）０．４＜｜Ｒｓ｜／ｆｗ＜０．８
但し、
Ｒｓ：上記像側に凹面を有するレンズの像側の面の曲率半径、
である。
【００１１】
本発明によるズームレンズ系は、第三の態様では、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は増大するように移動し、第２レンズ群は、物体側から順に、正の単レンズと、負の単レンズまたは全体として負の接合レンズとから成り、前記正単レンズは両面とも非球面であり、次の条件式（６）と（７）を満足することを特徴としている。
（６）０．６＜｜ΔＩ_Ｒ１／Ｉ_Ｒ１｜＜１．４
（ΔＩ_Ｒ１／Ｉ_Ｒ１＜０）
（７）０．６＜｜ΔＩ_Ｒ２／Ｉ_Ｒ２｜＜１．４
（ΔＩ_Ｒ２／Ｉ_Ｒ２＜０）
但し、
ΔＩ_Ｒ１：長焦点距離端の焦点距離を１．０に換算したときの前記両面非球面正単レンズの物体側非球面による３次の球面収差係数の変化量、
Ｉ_Ｒ１：長焦点距離端の焦点距離を１．０に換算したときの前記両面非球面正単レンズの物体側近軸球面成分による３次の球面収差係数、
ΔＩ_Ｒ２：長焦点距離端の焦点距離を１．０に換算したときの前記両面非球面正単レンズの像側非球面による３次の球面収差係数の変化量、
Ｉ_Ｒ２：長焦点距離端の焦点距離を１．０に換算したときの前記両面非球面正単レンズの像側近軸球面成分による３次の球面収差係数。
である。
【００１２】
本発明によるズームレンズ系は、次の条件式（８）を満足することを特徴としている。
（８）０．３＜ＬＤ_２Ｇ／ＬＤ_{３Ｇ−ｉｍ}　＜１．２
但し、
ＬＤ_２Ｇ：第２レンズ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、
ＬＤ_{３Ｇ−ｉｍ}　：全ズーム域における第３レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の最小の距離、
である。
【００１３】
条件式（８）は、第三の態様においても、満足することが好ましい。
【００１４】
また、第三、第四の態様のいずれにおいても、第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ１枚と正レンズ１枚により構成し、最も像側のレンズは少なくとも片面を非球面とし、次の条件式（９）と（１０）を満足させることが好ましい。（９）０．５＜ＬＤ_１Ｇ／ｆｗ＜１．０
（１０）１．７５＜Ｎ_ａｓｐ（１Ｇ）
但し、
ＬＤ_１Ｇ：第１レンズ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、ｆｗ：短焦点距離端での全系の焦点距離、
Ｎ_ａｓｐ（１Ｇ）：第１レンズ群の最も像側の非球面レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のズームレンズ系は、図３７の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ群１０と、絞りＳと、正の第２レンズ群２０と、正の第３レンズ群３０とからなっている。この３群ズームレンズは、短焦点距離端（Ｗ）から長焦点距離端（Ｔ）へのズーミングに際し、前記第１レンズ群１０と第２レンズ群２０の間隔は減少し、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０の間隔は増大するように移動する。絞りＳは、第２レンズ群２０と一緒に移動する。フォーカシングは第１レンズ群１０で行う。ＣＧは、撮像素子の前方に位置する赤外カットフィルタ等のカバーガラス（平行平面板）である。
【００１６】
条件式（１）は、中間焦点距離（（ｆｗ・ｆｔ）^１／２）に対する第１レンズ群の焦点距離の範囲を規定している。
条件式（１）の下限を超えると、第１レンズ群１０の負の屈折力が小さくなり、短焦点距離端でのバックフォーカスが不足する。また、広角化も困難となる。
条件式（１）の上限を超えて第１レンズ群１０の負の屈折力が大きくなると、各群の屈折力が強くなり、収差補正が困難となり、良好な結像性能が得られなくなる。また、バックフォーカスが長くなるため、レンズ全長の増大を招く。
【００１７】
条件式（２）は、中間焦点距離に対する第２レンズ群２０の焦点距離の範囲を規定している。正の第２レンズ群２０は、本ズームレンズ系の主な変倍作用を担っており、適切な屈折力を設定する必要がある。
条件式（２）の下限を超えて第２レンズ群２０の正の屈折力が小さくなると、３倍程度の変倍比を得るときの移動量が増えるため、長焦点距離端でのレンズ全長が長くなってしまう。
条件式（２）の上限を超えて第２レンズ群２０の正の屈折力が大きくなると、各群の屈折力が強くなり、収差補正が困難となり、良好な結像性能が得られなくなる。
【００１８】
条件式（３）は、中間焦点距離に対する第３レンズ群３０の焦点距離の範囲を規定している。正の第３レンズ群３０は、主に射出瞳位置を像面より遠くにしテレセントリック性を確保する役割を担っている。
条件式（３）の下限を超えると、第３レンズ群３０の正の屈折力が小さくなるため、短焦点距離端において射出瞳位置が像面に近づき、テレセントリック性が保てなくなる。
条件式（３）の上限を超えて第３レンズ群３０の正の屈折力が大きくなると、相対的に第２レンズ群２０の正の屈折力が小さくなるため、長焦点距離端でのレンズ全長が増大してしまう。また、長焦点距離端での像面湾曲収差と非点収差が悪化し、良好な結像性能が得られなくなる。
【００１９】
第２レンズ群２０の最も像側のレンズは、像側に凹面の強い発散作用を有するレンズから構成することが望ましく、この凹レンズは、条件式（４）を満足することが好ましい。
条件式（４）は、短焦点距離端の全系焦点距離に対する第２レンズ群２０の最も像側の凹面の曲率半径の範囲を規定したもので、短焦点距離端における、レンズ系の小型化とテレセントリック性の確保の両立を図るためのものである。
条件式（４）の下限を超えてこの面の曲率半径が小さくなると、レンズ全長は短くできるが、射出瞳位置が像面に近くなりすぎてしまい、テレセントリック性が失われる。
条件式（４）の上限を超えてこの面の曲率半径が大きくなると、テレセントリック性を保つために第２レンズ群２０と第３レンズ群３０の間隔が増大し、レンズ全長が増大してしまう。
【００２０】
沈胴収納時の長さを短くするためには、各レンズ群の構成枚数を減らす必要がある。具体的には、第１レンズ群１０を負正の２枚で構成し、主なる変倍作用を担う第２レンズ群２０は正レンズ２枚と負レンズ１枚で構成し、テレセントリック性を確保する役割の第３レンズ群３０は正レンズ１枚で構成することが可能である。
【００２１】
さらに、第１レンズ群中の正の屈折力の第２レンズは少なくとも１面を非球面とすると、短焦点距離端での歪曲収差やコマ収差・非点収差等の軸外収差を良好に補正することが可能となる。また上記非球面レンズは、ガラスまたはプラスチックで作製されるが、プラスチックレンズとするとコスト低減が可能となる。
【００２２】
さらに収納時の長さを短くするためには、上記第２レンズ群２０は、３枚構成に代えて、正負の２枚で構成することも可能である。この構成では、１枚の正レンズの屈折力が強くなるため、変倍に伴う球面収差等の収差変動を抑えるのが難しくなる。このとき、正レンズは少なくとも１面を非球面とすることが好ましく、両面を非球面とすると、変倍による変動する球面収差、コマ収差を小さくすることができる。さらに、条件式（５）を満足させることが好ましい。条件式（５）の下限を超えると、変倍に伴う軸上・倍率色収差の変動が大きくなり、良好な結像性能が保てなくなる。
【００２３】
第２レンズ群２０の最も物体側の正レンズは、非球面を設けるとさらに良好な結像性能となる。物体側面または像側面の少なくともいずれか一方を周辺に向かうに従って正の屈折力が弱くなる非球面にすることにより、全焦点距離範囲において球面収差の変動を小さくでき、また長焦点距離側でのコマ収差をさらに良好に補正することが可能となる。この非球面レンズはガラスまたはプラスチックのどちらでも作製可能であるが、屈折力が強いためにガラスレンズとすることが好ましい。
【００２４】
第２レンズ群２０の最も物体側の正レンズ２１は、両面非球面レンズとするのがより好ましい。すなわち、第２レンズ群２０は、物体側から順に、正の単レンズ２１と、負の単レンズまたは全体として負の接合レンズ（２２、２３）とから構成し、正単レンズ２１を両面とも非球面とする。そして、この両面非球面正単レンズに、条件式（６）と（７）を満足させる。
【００２５】
すなわち、条件式（６）と（７）は、正の屈折力を有する第２レンズ群の、その屈折力を負担する正の両面非球面レンズの偏芯に起因する収差劣化の感度を低減するための条件である。この条件を満たすことにより、両面非球面レンズを、球面による球面収差コントロール量と、非球面による球面収差コントロール量により、各面毎に球面収差を打ち消すような効果を有する形状にすることができる。
【００２６】
レンズ群の屈折力の多くを負担するレンズを両面非球面とし、非球面に単に光学系全系の収差補正のためだけでなく、偏芯による収差劣化を抑える効果を持たせるという思想は従来全く無い。
【００２７】
条件式（６）、（７）の上限あるいは下限を超えると、従来の光学系全系の収差を補正することを目的としていた非球面レンズ同様、設計上は光学系全系の球面収差は小さくすることが可能であるが、各面毎の球面収差コントロールのバランスが崩れるので、偏芯による収差劣化を抑えることが困難となり、機械精度で偏芯を小さく制御しなければならず、コストアップ要因となる。
【００２８】
また、第２レンズ群２０を、物体側から順に、正の単レンズ２１と、負の単レンズまたは全体として負の接合レンズ（２２、２３）とから構成し、正単レンズ２１を両面とも非球面とする場合には、条件式（６）、（７）に加えて、あるいは単独で、条件式（８）を満足させるのがよい。
【００２９】
条件式（８）は、ＬＤ_２Ｇ（第２レンズ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）と、ＬＤ_{３Ｇ−ｉｍ}（全ズーム域における第３レンズ群の物体側の面から像面までの光軸上の最小の距離）の比を規定する。収納長を短縮するため撮影時のレンズ群の位置関係を収納状態では崩す機構を採用するカメラでは、ズーミングに際して間隔が変化する箇所（レンズ群間）の空気間隔に比べ、ズーミングに際しても間隔が変化しない箇所（レンズ群内）の空気間隔は、僅かな間隔誤差が大きな収差変化をもたらすので、収納状態（非撮影状態）から撮影状態へ移行するとき、高い精度でレンズ位置を制御しなければならず、その機構を実現することが困難である。したがって、撮影状態において、群間の空気間隔は、収納状態においては比較的容易に短縮できるので、大きくても良いが、各レンズ厚および群内の空気間隔は、収納状態において短縮することが不可能または困難なので、できるだけ小さくすることが好ましい。
【００３０】
一方、本発明の対象とする物体側から負・正・正の３群構成のズームレンズ系をデジタルカメラ等の電子撮像素子に対して最適な光学系とする場合、像面に対してテレセントリック性をある程度確保するため、第３レンズ群の最も物体側の面と像面との間隔（ＬＤ_{３Ｇ−ｉｍ}）は原理的にあまり詰められない。また像面に近いレンズ群は外径が大きいため例えばレンズ収納時に光軸上から外して上下２段に収納するとカメラでは高さ方向の長さが大きくなってしまう問題が発生する。
【００３１】
そこで、第２レンズ群を正の単レンズ１枚と、負の単レンズまたは全体として負の接合レンズとから構成し、正単レンズは両面とも非球面で構成することにより、ＬＤ_２ＧをＬＤ_{３Ｇ−ｉｍ}に対してできるだけ短く、長くとも１．２倍程度に抑えることにより、収納長を短縮しながら、撮影状態においては第２レンズ群によって収差を十分補正することが可能となる。また比較的外径が小さいので、例えば上下２段に収納する場合カメラにおいても、高さ方向が大きくなるのを最小化できる。
【００３２】
条件式（８）の下限を越えると、第２レンズ群の枚数が事実上１ないし２枚に制限され、収差補正に必要なレンズ枚数を用いることが困難になる。もちろん非球面数を増やせば光学設計上は少ないレンズ枚数で収差補正が可能であるが、設計値を達成するには非常に高い加工精度が必要であり、量産には向かない。
【００３３】
条件式（８）の上限を越えると、逆に第２レンズ群のレンズ枚数を増加させることにより群内の収差補正は容易であるが、第２レンズ群のレンズ枚数が増え、非撮影時の空気間隔圧縮効果が期待できず、カメラを小型化できない。
【００３４】
収納長を短縮するためにはさらに第１レンズ群のレンズ枚数を収差補正に必要な最小限とすることが好ましい。少なくとも一面に非球面を導入して構成枚数を減らすことに加えて、さらに高屈折率硝種（１．７５以上、さらに好ましくは１．８以上）を用いることが好ましい。各面の曲率半径を大きくして１群の厚みと前玉径を小さくすることができる。
【００３５】
条件式（９）は第１レンズ群の最も物体側の面から像側の面までの距離を短焦点距離端での全系の焦点距離で規格化し、好ましい範囲を規定したものである。条件式（９）の下限を越えると、十分な収差補正をするにはレンズ枚数を減らして非球面数を増やす必要が生じる。しかし、光学設計上はともかく、光学系に多くの非球面を用いることは製造誤差感度が高くなり、実際上好ましい結果が得にくくなる。条件式（９）の上限を越えると収差補正は容易だが、充分な収納長の短縮ができない。
【００３６】
条件式（１０）は、第１レンズ群の最も像側のレンズを非球面レンズとする場合における該非球面レンズのｄ線に対する屈折率を規定したものである。条件式（１０）の下限を越えるとレンズの曲率半径が小さくなり、一面の非球面では第１レンズ群内の収差を補正しきれなくなる。
【００３７】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図及び表中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、ＦＮＯはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、ｆＢはバックフォーカス、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄ　はｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。
実施例で最後の平行平面板（面番号１２及び１３）はカバーガラスやローパスフィルター等のフィルタ類を表しており、光学性能上は像側レンズと像面の間の任意の位置に配置できる。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
ｘ＝ｃｙ２／［１＋［１−（１＋Ｋ）ｃ２ｙ２］１／２］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２・・・（但し、ｘは非球面形状、ｃは曲率、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・・・は各次数の非球面係数）
【００３８】
また、非球面係数と収差係数との間には、次の関係がある。
１．非球面形状を次式で定義する。
ｘ＝ｃｙ^２／［１＋［１−（１＋Ｋ）ｃ^２ｙ^２］^１／２］＋Ａ４ｙ^４＋Ａ６ｙ^６＋Ａ８ｙ^８＋Ａ１０ｙ^１０＋・・・
（但し、ｘ：非球面形状、ｃ：曲率、ｙ：光軸からの高さ、Ｋ：円錐係数）
２．この式において、収差係数を求めるため、Ｋ＝０　に変換する（Ｋ＝０　のときは、Ｂｉ＝Ａｉ）ため、
Ｂ４＝Ａ４＋Ｋｃ^３／８，
Ｂ６＝Ａ６＋（Ｋ^２＋２Ｋ）ｃ^５／１６，
Ｂ８＝Ａ８＋５（Ｋ^３＋３Ｋ^２＋３Ｋ）ｃ^７／１２８
Ｂ１０＝Ａ１０＋７（Ｋ^４＋４Ｋ^３＋６Ｋ^２＋４Ｋ）ｃ^９／２５６
とすると、
ｘ＝ｃｙ^２／［１＋［１−ｃ^２ｙ^２］^１／２］＋Ｂ４ｙ^４＋Ｂ６ｙ^６＋Ｂ８ｙ^８＋Ｂ１０ｙ^１０＋・・・
となる。
３．さらに、ｆ＝１．０　に変換するため、
Ｘ＝ｘ／ｆ，　Ｙ＝ｙ／ｆ，　Ｃ＝ｆ・ｃ，
α４＝ｆ^３Ｂ４，　α６＝ｆ^５Ｂ６，　α８＝ｆ^７Ｂ８，　α１０＝ｆ^９Ｂ１０
とすると、
Ｘ＝ＣＹ^２／［１＋［１−Ｃ^２Ｙ^２］^１／２］＋α４Ｙ^４＋α６Ｙ^６＋α８Ｙ^８＋α１０Ｙ^１０＋・・・
となる。
４．Φ＝８（Ｎ’−Ｎ）α４　で定義し、３次の収差係数を、
Ｉ　：　球面収差係数、
ＩＩ：　コマ収差係数、
ＩＩＩ：非点収差係数、
ＩＶ：　球欠像面湾曲係数、
Ｖ：歪曲収差係数、
とすると、各収差係数の４次の非球面係数（α４）の影響は、
ΔＩ＝ｈ^４Φ
ΔＩＩ＝ｈ^３ｋΦ
ΔＩＩＩ＝ｈ^２ｋ^２Φ
ΔＩＶ＝ｈ^２ｋ^２Φ
ΔＶ＝ｈｋ^３Φ
（但し、ｈ：近軸軸上光線の通る高さ、ｋ：瞳の中心を通る近軸軸外光線の高さＮ’：非球面の後側の屈折率、Ｎ：非球面の前側の屈折率）で与えられる。
【００３９】
［実施例１］
図１ないし図４は、本発明のズームレンズ系の実施例１を示す。図１はレンズ構成図であり、第１レンズ群１０は、物体側から順に、負レンズ１１と正レンズ１２とからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、正レンズ２１と、正レンズ２２と負レンズ２３の貼合せレンズとからなり、第３レンズ群３０は、正の単レンズからなっている。ＣＧは、撮像素子の前に位置するカバーガラス（フィルター類）である。絞りは第５面の前方（物体側）０．７の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。図２、図３、図４はそれぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表１はその数値データである。
【００４０】
【表１】

【００４１】
［実施例２］
図５は、本発明のズームレンズ系の実施例２のレンズ構成図を示し、図６、図７、図８はそれぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．６７の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００４２】
【表２】
Ｆ_ＮＯ．＝１：２．８‐３．２‐４．３　ｆ＝５．４０‐７．００‐１０．８０（ズーム比＝２．００）Ｗ＝３２．７‐２５．５‐１６．８

【００４３】
［実施例３］
図９は、本発明のズームレンズ系の実施例３のレンズ構成図を示し、図１０、図１１及び図１２は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は、第２レンズ群２０が、物体側から順に、正レンズ２１と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２２との２枚構成である点を除き、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．７の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群と一体で移動する。
【００４４】
【表３】

【００４５】
［実施例４］
図１３は、本発明のズームレンズ系の実施例４のレンズ構成図を示し、図１４、図１５及び図１６は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表４はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例３と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．７の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００４６】
【表４】

【００４７】
［実施例５］
図１７は、本発明のズームレンズ系の実施例５のレンズ構成図を示し、図１８、図１９及び図２０は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表５はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例３と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．６７の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００４８】
【表５】

【００４９】
［実施例６］
図２１は、本発明のズームレンズ系の実施例６のレンズ構成図を示し、図２２、図２３及び図２４は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表６はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．５０の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００５０】
【表６】

【００５１】
［実施例７］
図２５は、本発明のズームレンズ系の実施例６のレンズ構成図を示し、図２６、図２７及び図２８は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表７はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．５０の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００５２】
【表７】

【００５３】
［実施例８］
図２９は、本発明のズームレンズ系の実施例６のレンズ構成図を示し、図３０、図３１及び図３２は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表８はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．５０の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００５４】
【表８】

【００５５】
［実施例９］
図３３は、本発明のズームレンズ系の実施例６のレンズ構成図を示し、図３４、図３５及び図３６は、それぞれ、このズームレンズ系の短焦点距離端、中間焦点距離、及び長焦点距離端における諸収差図、表９はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様である。絞りは第５面の前方（物体側）０．５０の位置に配置されていて、ズーミングに際し第２レンズ群２０と一体で移動する。
【００５６】
【表９】

【００５７】
各実施例の各条件式に対する値を表１０に示す。
【表１０】

【００５８】
条件式（５）は、レンズ構成からして、第２レンズ群が２枚構成の実施例３、４、５のみが満足する（これ以外の実施例は対応レンズが存在しない）。
表１０から明らかなように、実施例１、２、４を除く全ての実施例は、条件式（１）ないし（１０）の全てを満足するグループであり、実施例３、５、６、７、８、９は、条件式（６）ないし（９）の全てを満足するグループである。これは、実施例１、２、４では、第２レンズ群の物体側の正レンズは両面非球面レンズではないことによる。
なお、各実施例においては、第３レンズ群３０は１枚のレンズからなるが、複数枚のレンズから構成することも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、テレフォトタイプの３群ズームレンズであって、ズーム比が２〜３倍程度の小型のデジタルカメラ用ズームレンズ系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズ系の実施例１のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図３】図１のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図４】図１のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図５】本発明によるズームレンズ系の実施例２のレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図７】図５のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図８】図５のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図９】本発明によるズームレンズ系の実施例３のレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図１１】図９のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図１２】図９のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図１３】本発明によるズームレンズ系の実施例４のレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図１５】図１３のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図１６】図１３のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図１７】本発明によるズームレンズ系の実施例５のレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図１９】図１７のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図２０】図１７のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図２１】本発明によるズームレンズ系の実施例６のレンズ構成図である。
【図２２】図２１のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図２３】図２１のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図２４】図２１のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図２５】本発明によるズームレンズ系の実施例７のレンズ構成図である。
【図２６】図２５のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図２７】図２５のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図２８】図２５のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図２９】本発明によるズームレンズ系の実施例８のレンズ構成図である。
【図３０】図２９のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図３１】図２９のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図３２】図２９のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図３３】本発明によるズームレンズ系の実施例９のレンズ構成図である。
【図３４】図３３のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。
【図３５】図３３のレンズ構成の中間焦点距離における諸収差図である。
【図３６】図３３のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。
【図３７】本発明によるズームレンズ系の簡易移動図である。[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a zoom lens system mainly used in an electronic still camera (digital camera) and having a zoom ratio (magnification ratio) of about 2 to 3 and including a wide angle range (half angle of view of 30 ° or more).
[0002]
[Prior art and its problems]
In recent years, the need for miniaturization and high definition of digital cameras has increased, and the pixels of CCD image sensors have been miniaturized. Therefore, the taking lens of the digital camera is required to have high resolution. In addition, a long back focus is required to arrange the filters. In addition, the optical system for a color CCD is required to have good so-called telecentricity, in which light emitted from the final lens surface enters the imaging surface as perpendicularly as possible in order to prevent shading and color shift.
[0003]
As a compact zoom lens system for digital cameras having a zoom ratio of about 2 to 3 times, a negative lens advance type (negative lead type) lens system (telephoto type) is often used. In these lens systems, a wide angle at the short focal length extremity and a reduction in the size of the lens system, particularly the diameter of the front lens (the lens closest to the object) can be reduced. Suitable for zoom. Further, since the position of the exit pupil needs to be sufficiently far from the image plane, a so-called three-unit zoom lens system composed of three negative, positive, and positive components in order from the object side is often used. Such a three-unit zoom lens system is proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-213745 and 10-170826.
[0004]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-213745, the number of lenses is reduced to reduce the size, but the front lens diameter and the overall length of the lens are large relative to the focal length, and it cannot be said that the size reduction is sufficiently achieved. . Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-170826 proposes a telecentric optical system that achieves miniaturization. However, since the number of components is as large as seven, the retractable storage length of the lens system becomes longer, and the camera becomes larger. There's a problem. In a zoom lens system for a compact collapsible camera, in order to reduce the size of the camera body, the front lens diameter and the overall length of the lens are required to be small, and the thickness of each lens group is also required to be small. In general, when the number of components is reduced to reduce the size of the lens system and reduce the group thickness, the degree of difficulty in correcting aberrations increases. In order to satisfactorily correct various aberrations over the entire zoom range while miniaturizing the optical system, it is necessary to appropriately arrange the refractive power of each lens unit and the lens configuration.
[0005]
[Object of the invention]
An object of the present invention is to provide a small digital camera zoom lens system which is a telephoto type three-unit zoom lens system and has a wide angle range (half angle of view of 30 ° or more) having a zoom ratio of about 2 to 3 times. Aim. Further, according to the present invention, in a configuration in which a double-sided aspherical positive single lens is included in a two-unit lens of a three-unit zoom lens system, the sensitivity of aberration deterioration due to eccentricity of the second lens unit can be reduced. It is intended to obtain a zoom lens system.
[0006]
Summary of the Invention
According to the first aspect, the zoom lens system according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a positive refractive power. When zooming from the short focal length end to the long focal length end, the distance between the first lens group and the second lens group decreases, and the distance between the second lens group and the third lens group. Moves so as to increase, and satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
(1) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /|f1|<0.8 (f1 <0)
(2) 0.7 <(fw · ft) ^1/2 /F2<1.4
(3) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /F3<0.9
However,
fw: the focal length of the entire system at the short focal length extremity,
ft: the total focal length at the long focal length extremity,
fi: focal length of the i-th lens group (i = 1 to 3),
It is.
[0007]
The lens closest to the image side of the second lens group is preferably constituted by a lens having a concave surface facing the image side, and further preferably satisfies the following conditional expression (4).
(4) 0.4 <| Rs | / fw <0.8
However,
Rs: radius of curvature of the image-side surface of the lens having the concave surface on the image side;
It is.
[0008]
As a specific configuration of each lens group, the first lens group includes one negative lens and one positive lens in order from the object side, and the second lens group includes two positive lenses in order from the object side. And one negative lens, and the third lens group can be composed of one positive lens.
[0009]
Alternatively, for the second lens group, the above three lenses can be replaced with one positive lens and one negative lens. In this configuration, the following conditional expression (5) is satisfied. It is preferable to satisfy.
(5) vs <23
However,
νs: Abbe number of the lens on the image side of the second lens group,
It is.
[0010]
In a second aspect, a zoom lens system according to the present invention comprises, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a second lens group having a positive refractive power. When zooming from the short focal length extremity to the long focal length extremity, the distance between the first lens group and the second lens group decreases, and the distance between the second lens group and the third lens group increases. And the lens closest to the image in the second lens group is a lens having a concave surface on the image side, and satisfies the following conditional expression (4).
(4) 0.4 <| Rs | / fw <0.8
However,
Rs: radius of curvature of the image-side surface of the lens having the concave surface on the image side;
It is.
[0011]
In a third aspect, a zoom lens system according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a second lens group having a positive refractive power. When zooming from the short focal length extremity to the long focal length extremity, the distance between the first lens group and the second lens group decreases, and the distance between the second lens group and the third lens group increases. The second lens group includes, in order from the object side, a positive single lens and a negative single lens or a negative cemented lens as a whole, and the positive single lens is aspheric on both surfaces, It is characterized by satisfying the following conditional expressions (6) and (7).
(6) 0.6 <| ΔI _R1 / I _R1 | <1.4
(ΔI _R1 / I _R1 <0)
(7) 0.6 <| ΔI _R2 / I _R2 | <1.4
(ΔI _R2 / I _R2 <0)
However,
ΔI _R1 : The amount of change in the third-order spherical aberration coefficient due to the object-side aspherical surface of the double-sided aspherical positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0;
I _R1 : Third-order spherical aberration coefficient due to the object-side paraxial spherical component of the double-sided aspherical positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0,
ΔI _R2 : The amount of change in the third-order spherical aberration coefficient due to the image-side aspheric surface of the double-sided aspheric positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0;
I _R2 : A third-order spherical aberration coefficient based on the image-side paraxial spherical component of the double-sided aspheric positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0.
It is.
[0012]
The zoom lens system according to the present invention is characterized by satisfying the following conditional expression (8).
(8) 0.3 <LD _2G / LD _3G-im <1.2
However,
LD _2G : Distance on the optical axis from the most object side surface to the most image side surface of the second lens group,
LD _3G-im : Minimum distance on the optical axis from the most object side surface of the third lens unit to the image plane in the entire zoom range;
It is.
[0013]
It is preferable that the conditional expression (8) is satisfied also in the third aspect.
[0014]
Further, in any of the third and fourth aspects, the first lens group includes, in order from the object side, one negative lens and one positive lens, and at least one surface of the lens closest to the image has an aspherical surface. It is preferable to satisfy the following conditional expressions (9) and (10). (9) 0.5 <LD _1G /Fw<1.0
(10) 1.75 <N _asp (1G)
However,
LD _1G : Distance on the optical axis from the surface closest to the object side to the surface closest to the image side of the first lens unit, fw: focal length of the entire system at the short focal length extremity,
N _asp (1G): refractive index for the d-line of the aspherical lens closest to the image side in the first lens group,
It is.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in the simplified movement diagram of FIG. 37, the zoom lens system of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens group 10, an aperture S, a positive second lens group 20, and a positive third lens group. It comprises a lens group 30. In zooming from the short focal length end (W) to the long focal length end (T), the distance between the first lens group 10 and the second lens group 20 is reduced, and the distance between the first lens group 10 and the second lens group 20 is reduced. And the distance between the third lens group 30 and the third lens group 30 are increased. The stop S moves together with the second lens group 20. Focusing is performed by the first lens group 10. CG is a cover glass (parallel flat plate) such as an infrared cut filter located in front of the image sensor.
[0016]
Conditional expression (1) represents the intermediate focal length ((fw · ft) ^1/2 ) Defines the range of the focal length of the first lens group.
If the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the negative refractive power of the first lens group 10 will be small, and the back focus at the short focal length extremity will be insufficient. Also, it is difficult to widen the angle.
If the negative refractive power of the first lens group 10 is increased beyond the upper limit of the conditional expression (1), the refractive power of each group will be increased, and it will be difficult to correct aberrations, and it will be impossible to obtain good imaging performance. Further, since the back focus becomes longer, the overall length of the lens is increased.
[0017]
Conditional expression (2) defines a range of the focal length of the second lens group 20 with respect to the intermediate focal length. The positive second lens group 20 is responsible for the main zooming operation of the present zoom lens system, and it is necessary to set an appropriate refractive power.
If the lower limit of conditional expression (2) is exceeded and the positive refractive power of the second lens group 20 is reduced, the amount of movement for obtaining a zoom ratio of about 3 increases, so that the total lens length at the long focal length extremity is reduced. It will be long.
When the positive refractive power of the second lens group 20 is increased beyond the upper limit of the conditional expression (2), the refractive power of each group becomes strong, and it becomes difficult to correct aberrations, so that good imaging performance cannot be obtained.
[0018]
Conditional expression (3) defines the range of the focal length of the third lens group 30 with respect to the intermediate focal length. The positive third lens group 30 mainly has a role of making the exit pupil position farther from the image plane and ensuring telecentricity.
If the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the positive refractive power of the third lens group 30 will be small, so that the exit pupil position will be closer to the image plane at the short focal length extremity, and telecentricity cannot be maintained.
When the positive refractive power of the third lens group 30 is increased beyond the upper limit of the conditional expression (3), the positive refractive power of the second lens group 20 is relatively reduced. Will increase. Further, curvature of field and astigmatism at the long focal length extremity are deteriorated, and good imaging performance cannot be obtained.
[0019]
The lens closest to the image side of the second lens group 20 is desirably constituted by a lens having a strong diverging function with a concave surface on the image side, and it is preferable that this concave lens satisfies the conditional expression (4).
Conditional expression (4) defines the range of the radius of curvature of the concave surface closest to the image side of the second lens group 20 with respect to the total focal length at the short focal length extremity. This is to achieve both telecentricity and telecentricity.
If the radius of curvature of this surface is reduced below the lower limit of conditional expression (4), the overall length of the lens can be shortened, but the exit pupil position becomes too close to the image plane, and telecentricity is lost.
If the radius of curvature of this surface exceeds the upper limit of conditional expression (4), the distance between the second lens group 20 and the third lens group 30 increases to maintain telecentricity, and the overall length of the lens increases.
[0020]
In order to shorten the retracted length, it is necessary to reduce the number of components of each lens unit. More specifically, the first lens group 10 is composed of two negative and positive lenses, and the second lens group 20 having a main zooming function is composed of two positive lenses and one negative lens, thereby ensuring telecentricity. The third lens group 30 serving as a function can be constituted by one positive lens.
[0021]
Further, when at least one surface of the second lens having a positive refractive power in the first lens group is aspherical, off-axis aberrations such as distortion, coma and astigmatism at the short focal length extremity are favorably corrected. It is possible to do. The aspherical lens is made of glass or plastic, but if it is made of plastic, cost can be reduced.
[0022]
In order to further reduce the length during storage, the second lens group 20 may be composed of two positive and negative lenses instead of three lenses. In this configuration, since the refractive power of one positive lens becomes strong, it becomes difficult to suppress fluctuation of aberration such as spherical aberration due to zooming. At this time, it is preferable that at least one surface of the positive lens has an aspherical surface. If both surfaces are aspherical, spherical aberration and coma which fluctuate due to zooming can be reduced. Furthermore, it is preferable to satisfy the conditional expression (5). If the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, the fluctuation of the axial / magnification chromatic aberration accompanying zooming becomes large, so that good imaging performance cannot be maintained.
[0023]
If the positive lens closest to the object in the second lens group 20 is provided with an aspherical surface, better imaging performance can be obtained. By making at least one of the object side surface and the image side surface an aspheric surface whose positive refractive power becomes weaker toward the periphery, the fluctuation of spherical aberration can be reduced in the entire focal length range, and the coma at the long focal length side can be reduced. It becomes possible to correct aberrations more favorably. This aspheric lens can be made of either glass or plastic, but is preferably a glass lens because of its high refractive power.
[0024]
It is more preferable that the most object-side positive lens 21 of the second lens group 20 be a double-sided aspheric lens. That is, the second lens group 20 includes, in order from the object side, a positive single lens 21 and a negative single lens or a negative cemented lens (22, 23) as a whole. Spherical. This double-sided aspheric positive single lens satisfies conditional expressions (6) and (7).
[0025]
That is, the conditional expressions (6) and (7) reduce the sensitivity of the second lens group having a positive refractive power to aberration deterioration due to the eccentricity of the positive double-sided aspheric lens that bears the refractive power. Is the condition for By satisfying this condition, the double-sided aspheric lens can be formed into a shape having an effect of canceling spherical aberration for each surface by the spherical aberration control amount by the spherical surface and the spherical aberration control amount by the aspheric surface.
[0026]
Conventionally, there is no idea that the lens that bears much of the refractive power of the lens group is aspherical on both sides, and that the aspherical surface has the effect of suppressing aberration deterioration due to eccentricity as well as simply correcting aberrations of the entire optical system. There is no.
[0027]
If the upper and lower limits of conditional expressions (6) and (7) are exceeded, the spherical aberration of the entire optical system is small in design, similarly to the conventional aspherical lens for correcting the aberration of the entire optical system. However, it is difficult to suppress the aberration deterioration due to eccentricity because the balance of the spherical aberration control for each surface is lost. It becomes.
[0028]
The second lens group 20 is composed of, in order from the object side, a positive single lens 21 and a negative single lens or a negative cemented lens (22, 23) as a whole. In the case of a spherical surface, it is preferable to satisfy the conditional expression (8) in addition to or independently of the conditional expressions (6) and (7).
[0029]
Conditional expression (8) is: LD _2G (Distance on the optical axis from the most object side surface to the most image side surface of the second lens group) and LD _3G-im (The minimum distance on the optical axis from the object-side surface of the third lens group to the image plane in the entire zoom range). Cameras that employ a mechanism that breaks the positional relationship of the lens groups during storage to reduce the storage length in the stored state, the distance also changes during zooming compared to the air space where the distance changes during zooming (between lens groups). Since the slightest distance error causes a large change in aberrations in the air gap at a place where no change is made (within the lens group), the lens position must be controlled with high accuracy when shifting from the stowed state (non-shooting state) to the shooting state. Therefore, it is difficult to realize the mechanism. Accordingly, in the photographing state, the air gap between the groups can be relatively easily reduced in the housed state, and thus may be large. However, the air gap between each lens and the group cannot be shortened in the housed state. Because it is possible or difficult, it is preferable to make it as small as possible.
[0030]
On the other hand, when the zoom lens system having three groups of negative, positive, and positive from the object side to be the object of the present invention is an optical system that is optimal for an electronic imaging device such as a digital camera, the telecentricity of the image plane is high. In order to secure a certain distance, the distance between the most object side surface of the third lens unit and the image plane (LD _3G-im ) Is not packed much in principle. Further, since the lens group close to the image plane has a large outer diameter, for example, if the lens unit is removed from the optical axis and stored in two upper and lower stages when the lens is stored, there is a problem that the length in the height direction of the camera becomes large.
[0031]
Therefore, the second lens group is constituted by one positive single lens and a negative single lens or a negative cemented lens as a whole, and the positive single lens is formed by an aspherical surface on both sides, so that the LD _2G LD _3G-im By keeping the length as short as possible and at most about 1.2 times, it is possible to sufficiently correct the aberration by the second lens group in the shooting state while shortening the storage length. Further, since the outer diameter is relatively small, it is possible to minimize an increase in the height direction even in a camera, for example, when the camera is housed in two upper and lower tiers.
[0032]
If the lower limit of conditional expression (8) is exceeded, the number of lenses in the second lens group is effectively limited to one or two, making it difficult to use the number of lenses required for aberration correction. Of course, if the number of aspherical surfaces is increased, aberrations can be corrected with a small number of lenses in optical design, but very high processing accuracy is required to achieve the design value, which is not suitable for mass production.
[0033]
If the upper limit of conditional expression (8) is exceeded, conversely, by increasing the number of lenses in the second lens group, it is easy to correct aberrations in the group. The effect of air gap compression cannot be expected, and the camera cannot be miniaturized.
[0034]
In order to shorten the storage length, it is preferable to further reduce the number of lenses of the first lens group to a minimum necessary for correcting aberration. In addition to reducing the number of components by introducing an aspherical surface on at least one surface, it is preferable to use a high-refractive-index glass type (1.75 or more, more preferably 1.8 or more). By increasing the radius of curvature of each surface, it is possible to reduce the thickness and the front lens diameter of one group.
[0035]
Conditional expression (9) defines a preferable range by normalizing the distance from the most object side surface to the image side surface of the first lens unit with the focal length of the entire system at the short focal length extremity. If the lower limit of conditional expression (9) is exceeded, it is necessary to reduce the number of lenses and increase the number of aspherical surfaces in order to sufficiently correct aberrations. However, regardless of the optical design, using a large number of aspherical surfaces in the optical system increases the manufacturing error sensitivity and makes it difficult to obtain a practically preferable result. If the upper limit of conditional expression (9) is exceeded, aberration correction is easy, but the storage length cannot be sufficiently reduced.
[0036]
Conditional expression (10) defines the refractive index for the d-line of the aspheric lens when the lens closest to the image in the first lens group is an aspheric lens. If the lower limit of conditional expression (10) is exceeded, the radius of curvature of the lens will be small, and it will not be possible to correct the aberration in the first lens group with one aspheric surface.
[0037]
Next, specific examples will be described. In the various aberration diagrams and tables, the d-line, g-line, and C-line in the chromatic aberration (axial chromatic aberration) diagram and the magnification chromatic aberration diagram represented by spherical aberration are aberrations with respect to respective wavelengths, S is sagittal, and M is meridional. , FNO is the F number, f is the focal length of the whole system, W is the half angle of view (゜), fB is the back focus, r is the radius of curvature, d is the lens thickness or lens interval, Nd is the refractive index of the d line, νd Indicates Abbe number.
In the embodiment, the last parallel plane plate (surface numbers 12 and 13) represents filters such as a cover glass and a low-pass filter, and can be arranged at an arbitrary position between the image side lens and the image plane in terms of optical performance.
The rotationally symmetric aspheric surface is defined by the following equation.
x = cy2 / [1+ [1- (1 + K) c2y2] 1/2] + A4y4 + A6y6 + A8y8 + A10y10 + A12y12 (where x is an aspherical shape, c is curvature, y is height from the optical axis, K is cone coefficient, A4 , A6, A8, A10,... Are the aspherical coefficients of the respective orders.
[0038]
Further, the following relationship exists between the aspheric coefficient and the aberration coefficient.
1. The aspheric shape is defined by the following equation.
x = cy ² / [1+ [1- (1 + K) c] ² y ² ] ^1/2 ] + A4y ⁴ + A6y ⁶ + A8y ⁸ + A10y ¹⁰ ＋・・・
(However, x: aspherical shape, c: curvature, y: height from the optical axis, K: conical coefficient)
2. In this equation, in order to find the aberration coefficient, K is converted to K = 0 (when K = 0, Bi = Ai).
B4 = A4 + Kc ³ / 8,
B6 = A6 + (K ² + 2K) c ⁵ / 16,
B8 = A8 + 5 (K ³ + 3K ² + 3K) c ⁷ / 128
B10 = A10 + 7 (K ⁴ + 4K ³ + 6K ² + 4K) c ⁹ / 256
Then
x = cy ² / [1+ [1-c ² y ² ] ^1/2 ] + B4y ⁴ + B6y ⁶ + B8y ⁸ + B10y ¹⁰ ＋・・・
It becomes.
3. Further, to convert f = 1.0,
X = x / f, Y = y / f, C = fc
α4 = f ³ B4, α6 = f ⁵ B6, α8 = f ⁷ B8, α10 = f ⁹ B10
Then
X = CY ² / [1+ [1-C ² Y ² ] ^1/2 ] + Α4Y ⁴ + Α6Y ⁶ + Α8Y ⁸ + Α10Y ¹⁰ ＋・・・
It becomes.
4. Φ = 8 (N′−N) α4, and the third-order aberration coefficient is
I: spherical aberration coefficient,
II: Comatic aberration coefficient,
III: astigmatism coefficient,
IV: Spherical field curvature coefficient,
V: distortion aberration coefficient,
Then, the effect of the fourth order aspherical coefficient (α4) of each aberration coefficient is
ΔI = h ⁴ Φ
ΔII = h ³ kΦ
ΔIII = h ² k ² Φ
ΔIV = h ² k ² Φ
ΔV = hk ³ Φ
(However, h: height at which paraxial rays pass, k: height of paraxial off-axis rays passing through the center of the pupil N ': refractive index on the rear side of the aspherical surface, N: refraction on the front side of the aspherical surface Rate).
[0039]
[Example 1]
1 to 4 show Embodiment 1 of the zoom lens system according to the present invention. FIG. 1 is a lens configuration diagram. The first lens group 10 includes a negative lens 11 and a positive lens 12 in order from the object side, and the second lens group 20 includes a positive lens 21 and a positive lens The third lens group 30 is composed of a single positive lens, and is composed of a lens 22 and a cemented lens of a negative lens 23. CG is a cover glass (filters) located in front of the image sensor. The stop is arranged at a position 0.7 (front side on the object side) of the fifth surface, and moves together with the second lens group 20 during zooming. FIGS. 2, 3, and 4 show various aberration diagrams of the zoom lens system at the short focal length end, the intermediate focal length, and the long focal length end, respectively, and Table 1 shows numerical data thereof.
[0040]
[Table 1]

[0041]
[Example 2]
FIG. 5 is a lens configuration diagram of a zoom lens system according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 6, 7, and 8 show a short focal length end, an intermediate focal length, and a long focal length of this zoom lens system, respectively. Table 2 shows various aberration diagrams at the end, and numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. The stop is located at a position 0.67 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0042]
[Table 2]
F _NO. = 1: 2.8-3.2-4.3 f = 5.40-7.00-10.80 (zoom ratio = 2.00) W = 32.7-25.5-16.8

[0043]
[Example 3]
FIG. 9 is a lens configuration diagram of a zoom lens system according to a third embodiment of the present invention. FIGS. 10, 11, and 12 show a short focal length end, an intermediate focal length, and a long focal length of the zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 3 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as that of the first embodiment except that the second lens group 20 is composed of a positive lens 21 and a negative meniscus lens 22 having a concave surface facing the image side in order from the object side. The same is true. The stop is disposed at a position 0.7 (in front of the object side) of the fifth surface, and moves together with the second lens group during zooming.
[0044]
[Table 3]

[0045]
[Example 4]
FIG. 13 is a lens configuration diagram of Embodiment 4 of the zoom lens system according to the present invention, and FIGS. 14, 15 and 16 show a short focal length end, an intermediate focal length, and a long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 4 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as that of the third embodiment. The stop is arranged at a position 0.7 (front side on the object side) of the fifth surface, and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0046]
[Table 4]

[0047]
[Example 5]
FIG. 17 is a lens configuration diagram of Embodiment 5 of the zoom lens system according to the present invention. FIGS. 18, 19, and 20 show a short focal length end, an intermediate focal length, and a long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 5 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as that of the third embodiment. The stop is arranged at a position 0.67 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0048]
[Table 5]

[0049]
[Example 6]
FIG. 21 shows a lens configuration of a zoom lens system according to Example 6 of the present invention. FIGS. 22, 23 and 24 show the short focal length end, intermediate focal length, and long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 6 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. The stop is arranged at a position 0.50 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0050]
[Table 6]

[0051]
[Example 7]
FIG. 25 shows a lens configuration of a zoom lens system according to Example 6 of the present invention. FIGS. 26, 27 and 28 show the short focal length end, intermediate focal length, and long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 7 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. The stop is arranged at a position 0.50 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0052]
[Table 7]

[0053]
Example 8
FIG. 29 shows a lens configuration of a zoom lens system according to Example 6 of the present invention. FIGS. 30, 31, and 32 show the short focal length end, intermediate focal length, and long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 8 shows numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. The stop is arranged at a position 0.50 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0054]
[Table 8]

[0055]
[Example 9]
FIG. 33 shows a lens configuration of a zoom lens system according to Example 6 of the present invention. FIGS. 34, 35, and 36 show the short focal length end, intermediate focal length, and long focal length of this zoom lens system, respectively. Various aberration diagrams at the distance end, and Table 9 shows the numerical data thereof. The basic lens configuration is the same as in the first embodiment. The stop is arranged at a position 0.50 in front of the fifth surface (object side), and moves together with the second lens group 20 during zooming.
[0056]
[Table 9]

[0057]
Table 10 shows values for each conditional expression in each example.
[Table 10]

[0058]
The conditional expression (5) satisfies only Examples 3, 4, and 5 in which the second lens group is composed of two lenses from the lens configuration (the other examples have no corresponding lens).
As is clear from Table 10, all the examples except Examples 1, 2, and 4 are groups satisfying all of the conditional expressions (1) to (10). , 8, and 9 are groups that satisfy all of the conditional expressions (6) to (9). This is because in Examples 1, 2, and 4, the object-side positive lens of the second lens group is not a double-sided aspheric lens.
In each of the embodiments, the third lens group 30 includes one lens, but may include a plurality of lenses.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a small-sized digital camera zoom lens system having a zoom ratio of about 2 to 3 times, which is a telephoto type three-group zoom lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of Embodiment 1 of a zoom lens system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration of FIG. 1 at an intermediate focal length.
FIG. 4 is a diagram illustrating various aberrations at a long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 1;
FIG. 5 is a lens configuration diagram of Embodiment 2 of a zoom lens system according to the present invention.
6 is a diagram of various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 5;
7 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 5 at an intermediate focal length.
8 is a diagram of various aberrations at the long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 5;
FIG. 9 is a lens configuration diagram of Embodiment 3 of the zoom lens system according to the present invention.
10 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 9;
11 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration of FIG. 9 at an intermediate focal length.
12 is a diagram illustrating various aberrations at a long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 9;
FIG. 13 is a lens configuration diagram of Embodiment 4 of the zoom lens system according to the present invention.
14 is a diagram of various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 13 at an intermediate focal length.
16 is a diagram illustrating various aberrations at a long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 13;
FIG. 17 is a lens configuration diagram of Embodiment 5 of the zoom lens system according to the present invention.
18 is a diagram of various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 17;
19 is a diagram illustrating various aberrations at an intermediate focal length of the lens configuration in FIG. 17;
20 is a diagram illustrating various aberrations at a long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 17;
FIG. 21 is a diagram illustrating a lens configuration of a sixth embodiment of the zoom lens system according to the present invention.
22 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 21;
FIG. 23 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 21 at an intermediate focal length.
24 is a diagram of various aberrations at the long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 21;
FIG. 25 is a diagram illustrating a lens configuration of a zoom lens system according to a seventh embodiment of the present invention.
26 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 25;
FIG. 27 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 25 at an intermediate focal length.
FIG. 28 is a diagram illustrating various aberrations at a long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 25;
FIG. 29 is a lens configuration diagram of Embodiment 8 of a zoom lens system according to the present invention.
30 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 29;
FIG. 31 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 29 at an intermediate focal length.
32 is a diagram of various aberrations at the long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 29;
FIG. 33 is a diagram illustrating a lens configuration of a ninth embodiment of a zoom lens system according to the present invention.
FIG. 34 is a diagram illustrating various aberrations at the short focal length extremity of the lens configuration in FIG. 33;
FIG. 35 is a diagram illustrating various aberrations of the lens configuration in FIG. 33 at an intermediate focal length.
36 is a diagram of various aberrations at the long focal length extremity of the lens configuration in FIG. 33;
FIG. 37 is a simplified movement diagram of the zoom lens system according to the present invention.

Claims

A first lens unit having a negative refractive power, a second lens unit having a positive refractive power, and a third lens unit having a positive refractive power are arranged in order from the object side. Upon zooming to the distance end, the distance between the first lens group and the second lens group decreases and the distance between the second lens group and the third lens group moves so as to increase,
A zoom lens system satisfying the following conditional expressions (1) to (3).
(1) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /|f1|<0.8 (f1 <0)
(2) 0.7 <(fw · ft) ^1/2 /f2<1.4
(3) 0.4 <(fw · ft) ^1/2 /f3<0.9
However,
fw: the focal length of the entire system at the short focal length extremity,
ft: the total focal length at the long focal length extremity,
fi: focal length of the i-th lens group (i = 1 to 3).

2. The zoom lens system according to claim 1, wherein the lens closest to the image in the second lens group is a lens having a concave surface facing the image, and satisfies the following conditional expression (4).
(4) 0.4 <| Rs | / fw <0.8
However,
Rs: radius of curvature of the image-side surface of the meniscus lens.

3. The zoom lens system according to claim 1, wherein the first lens group includes one negative lens and one positive lens in order from the object side, and the second lens group includes a positive lens in order from the object side. The zoom lens system includes one lens and one negative lens, and the third lens group includes one positive lens.

3. The zoom lens system according to claim 1, wherein the first lens group includes one negative lens and one positive lens in order from the object side, and the second lens group includes one positive lens in order from the object side. A zoom lens system that includes one lens and one negative lens, and the third lens group includes one positive lens, and satisfies the following conditional expression (5).
(5) vs <23
However,
νs: Abbe number of the lens on the image side of the second lens group.

A first lens unit having a negative refractive power, a second lens unit having a positive refractive power, and a third lens unit having a positive refractive power are arranged in order from the object side. Upon zooming to the distance end, the distance between the first lens group and the second lens group decreases and the distance between the second lens group and the third lens group moves so as to increase,
The zoom lens system, wherein the lens closest to the image side of the second lens group is a meniscus lens concave to the image side, and satisfies the following conditional expression (4).
(4) 0.4 <| Rs | / fw <0.8
However,
Rs: radius of curvature of the image-side surface of the meniscus lens.

A first lens unit having a negative refractive power, a second lens unit having a positive refractive power, and a third lens unit having a positive refractive power are arranged in order from the object side. Upon zooming to the distance end, the distance between the first lens group and the second lens group decreases and the distance between the second lens group and the third lens group moves so as to increase,
The second lens group includes, in order from the object side, a positive single lens and a negative single lens or a negative cemented lens as a whole, and the positive single lens has aspheric surfaces on both surfaces,
A zoom lens system satisfying the following conditional expressions (6) and (7).
_{(6) 0.6 <| ΔI R1} / I R1 | <1.4 (ΔI R1 / I R1 <0)
_{(7) 0.6 <| ΔI R2} / I R2 | <1.4 (ΔI R2 / I R2 <0)
However,
ΔI _R1 : the amount of change in the third-order spherical aberration coefficient due to the object-side aspheric surface of the double-sided aspheric positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0;
I _R1 : a third-order spherical aberration coefficient due to the object-side paraxial spherical component of the double-sided aspheric positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0;
[Delta] I _R2: variation of the third-order spherical aberration coefficients due to the image side aspherical surface of the aspherical positive single lens when converted the focal length of the long focal length end to 1.0,
I _R2 : a third-order spherical aberration coefficient due to the image-side paraxial spherical component of the double-sided aspheric positive single lens when the focal length at the long focal length end is converted to 1.0.

7. The zoom lens system according to claim 6, wherein the following conditional expression (8) is satisfied.
(8) 0.3 <LD _2G / LD _3G-im <1.2
However,
LD _2G : Distance on the optical axis from the most object side surface of the second lens unit to the most image side surface, LD _3G-im : From the most object side surface of the third lens unit to the image surface in the entire zoom range Minimum distance on the optical axis of.

A first lens unit having a negative refractive power, a second lens unit having a positive refractive power, and a third lens unit having a positive refractive power are arranged in order from the object side. Upon zooming to the distance end, the distance between the first lens group and the second lens group decreases and the distance between the second lens group and the third lens group moves so as to increase,
The second lens group includes, in order from the object side, a positive single lens and a negative single lens or a negative cemented lens as a whole, and the positive single lens has aspheric surfaces on both surfaces,
A zoom lens system characterized by satisfying the following conditional expression (8).
(8) 0.3 <LD _2G / LD _3G-im <1.2
However,
LD _2G : Distance on the optical axis from the most object side surface of the second lens unit to the most image side surface, LD _3G-im : From the most object side surface of the third lens unit to the image surface in the entire zoom range Minimum distance on the optical axis of.

9. The zoom lens system according to claim 6, wherein the first lens group includes, in order from the object side, one negative lens and one positive lens, and a lens closest to the image has at least one surface. Is an aspheric surface,
A zoom lens system satisfying the following conditional expressions (9) and (10).
(9) 0.5 <LD _{1G /} fw <1.0
(10) 1.75 <N _asp (1G)
However,
LD _1G : the distance on the optical axis from the most object side surface to the most image side surface of the first lens group, fw: the focal length of the entire system at the short focal length extremity,
N _asp (1G): Refractive index for the d-line of the aspherical lens closest to the image in the first lens group.