JP2007057700A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １０枚以下のレンズ枚数で構成され、２０倍を超える変倍比を有し、且つ、光学性能に優れたズームレンズを提供することを課題とする。
【解決手段】 １０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズであって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時時にその位置が固定である第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群ＧＲ４とが配列され、以下の条件式（１）を満足する。
（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
但し、
ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
とする。
【選択図】図１

Description

本発明は新規なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。詳しくは、少ないレンズ枚数で高変倍比を実現する技術に関する。

従来からビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置のレンズ系として、ズームレンズが多く用いられている。

例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載のズームレンズがある。

特開平３−３３７１０号公報 特開平８−５９１３号公報 特開平９−３０４６９９号公報

ところで、ビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置のレンズとしては、レンズ系の小型化及びコストダウンを図るために、レンズの構成枚数を少なくする必要があり、しかも、最近の傾向として、高変倍比のものが求められている。

しかしながら、上記特許文献１に記載のズームレンズは、レンズの構成枚数は１０枚以下ではあるが、変倍比が１０倍以下でしかない。

また、特許文献２に記載のズームレンズは、変倍比は２０倍であるが、レンズ構成枚数が１３乃至１５枚と多く、小型化及びコストダウンに関しては不十分なものである。

さらに、特許文献３に記載のズームレンズは、レンズの構成枚数は１０枚以下であるが、変倍比が２０倍程度でしかない。

そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、１０枚以下のレンズ枚数で構成され、２０倍を超える変倍比を有し、且つ、光学性能に優れたズームレンズを提供することを課題とする。

本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、１０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズであって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、ｄzを変倍のための第２レンズ群の可動距離、ｆwをレンズ全系の広角端での焦点距離として、条件式（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８を満足する。

従って、本発明ズームレンズにあっては、２０倍を超える高変倍比でありながら、１０枚以下の少ないレンズ構成枚数で安価にコンパクトなズームレンズを提供することができる。また、像面湾曲を抑制した高性能なズームレンズを提供することができる。

本発明撮像装置は、１０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、ｄzを変倍のための第２レンズ群の可動距離、ｆwをレンズ全系の広角端での焦点距離として、条件式（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８を満足する。

従って、本発明撮像装置にあっては、小型に構成されながら、２０倍を超える高変倍比による撮影が可能になる。また、像面湾曲が抑制された高品質の画像を得ることができる。

本発明ズームレンズは、１０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズであって、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
但し、
ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
とする。

従って、本発明ズームレンズにあっては、２０倍を超える高変倍比でありながら、１０枚以下の少ないレンズ構成枚数で安価にコンパクトなズームレンズを提供することができる。また、像面湾曲を抑制した高性能なズームレンズを提供することができる。

また、本発明撮像装置は、１０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
但し、
ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
とする。

従って、本発明撮像装置にあっては、小型に構成されながら、２０倍を超える高変倍比による撮影が可能になる。また、像面湾曲が抑制された高品質の画像を得ることができる。

請求項２及び請求項８に記載した発明にあっては、ズームレンズが、条件式（２）２．０＜ｆ1／ｆa＜２．３、（３）０．２５＜｜ｆ2／ｆa｜＜０．４１、（４）０．５８＜ｆ3／ｆa＜３．２５、（５）０．７＜ｆ4／ｆa＜０．９（但し、ｆa：レンズ全系の望遠端での焦点距離をｆtとしてｆa＝√（ｆw・ｆt）、ｆi：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１、２、３、４）、とする。）を満足するので、さらなる前玉径及び全長の小型化、必要なバックフォーカスの確保をしながら、球面収差等の収差が良好に補正され、さらに、大口径比化が可能となる。

請求項３に記載した発明にあっては、第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成され、第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズが配列されて構成されると共に、像面側の正レンズの像面側の面が非球面であるので、レンズ系の全長を短縮することができ、さらに、第４レンズ群を小型化することが可能となる。また、球面収差の補正が可能となる。さらに、像面湾曲と歪曲の補正が可能となる。

請求項４に記載した発明にあっては、第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成され、第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズ、正レンズが配列されて構成されると共に、像面側の正レンズの少なくとも１つの面が非球面であるので、レンズ系全長を短縮することができる。また、第４レンズ群を小型化することが可能となる。さらに、球面収差の補正が可能となる。

請求項５に記載した発明にあっては、レンズ全系が９枚のレンズによって構成されたので、さらなる小型化が可能である。

請求項６に記載した発明にあっては、レンズ全系が１０枚のレンズによって構成されたので、小型化が可能である。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは、１０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有し、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、 以下の条件式（１）を満足する。
（１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
但し、
ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
とする。

本発明ズームレンズは、上記した構成を有することにより、小型で２０倍を超える変倍比、必要に応じて３０倍以上の変倍比を実現でき、しかも優れた光学性能を有する。

上記条件式（１）は広角端から望遠端までの変倍時における第２レンズ群の移動距離ｄzとレンズ全系の広角端における焦点距離ｆwとの関係を規定するものである。

条件式（１）において、ｄz／ｆwの値が７．８を下回ると、３０倍以上の変倍比を得るためには第２レンズ群のパワーを強くする必要が生じるが、これに伴ってペッツバール和が負の側に大きくなって、その補正が過剰となってしまう。逆に、ｄz／ｆwの値が８．８を超えると、ズームレンズの全長が長くなってしまうと共に、第２レンズ群を偏心させずに移動させることが困難となり実用的でなくなる。

本発明ズームレンズは、以下の条件式（２）、（３）、（４）、（５）を満足することが望ましい。
（２）２．０＜ｆ1／ｆa＜２．３
（３）０．２５＜｜ｆ2／ｆa｜＜０．４１
（４）０．５８＜ｆ3／ｆa＜３．２５
（５）０．７＜ｆ4／ｆa＜０．９
但し、
ｆa：レンズ全系の望遠端での焦点距離をｆtとしてｆa（＝√（ｆw・ｆt））、
ｆi：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１、２、３、４）、
とする。

上記条件式（２）、（３）は第１レンズ群及び第２レンズ群それぞれの焦点距離f1、f2とｆa（＝√（ｆw・ｆt））との関係を規定するものである。

条件式（２）及び（３）において、ｆ1／ｆaの値が２を下回るか、又は、｜ｆ2／ｆa｜の値が０．４１を超えると、３０倍以上の変倍比を確保するためには、広角端から望遠端までの変倍時における第２レンズ群の移動量を大きくしなければならず、ズームレンズの前玉径及び全長が大きくなってしまうので好ましくない。逆に、ｆ1／ｆaの値が２．３を超えるか、又は、｜ｆ2／ｆa｜の値が０．２５を下回ると、ペッツバール和が負の側に大きくなって補正が過剰となってしまう。

上記条件式（４）は第３レンズ群の焦点距離f3と上記ｆaとの関係を規定するものである。

条件式（４）において、ｆ3／ｆaの値が０．５８を下回ると球面収差の補正が困難になり、逆にｆ3／ｆaの値が３．２５を超えると、第４レンズ群のレンズ径を大きくする必要が生じ、大口径比化するためには不利となってしまう。

条件式（５）は第４レンズ群の焦点距離f4と前記ｆaとの関係を規定するものである。

条件式（５）において、ｆ4／ｆaの値が０．７を下回ると、球面収差の補正が困難になると共に、バックフォーカスが短くなって、固体撮像素子を用いた撮像装置、例えば、ビデオカメラの撮像レンズとして用いた場合には、該撮像レンズに必要な光学フィルターを配置することが困難になってしまう。逆に、ｆ4／ｆaの値が０．９を超えると、第４レンズ群の移動量を大きくする必要が生じるため、ズームレンズの全長が大きくなってしまうので好ましくない。

また、第３レンズ群は、物体側の面が物体側に凸面を向け、像面側の面が物体側に凸面を向け、且つ、上記２つの面が非球面によって構成される１枚の正メニスカスレンズで構成されると共に、第４レンズ群が物体側から順に負レンズ、正レンズの２枚のレンズが配列されて構成され、正レンズの像面側の面が非球面によって構成されることが好ましい。特に、このような構成はレンズ全系が９枚のレンズによって構成される場合に好ましい。

第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成されると、第３レンズ群の主点位置をより物体側に位置させることができ、レンズ系の全長を短縮することができる。さらに、像面側の面が凹となることで、第３レンズ群から射出する光線高さが低くなり、第４レンズ群を小型化することが可能となる。また、非球面化することで第３レンズ群のパワーが上がることによる球面収差の補正が可能となる。さらに、また、第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズが配列されて構成され、像面側の正レンズの像面側の面が非球面であることにより、像面湾曲と歪曲の補正が可能となる。また、第４レンズ群の負レンズは一般的に非球面の製造が困難な屈折率１．９以上のレンズであり、さらに、一般的に凸レンズのほうが非球面の製造がしやすいことから、像面側の凸レンズを非球面とすることで、コストを下げることができる。

第３レンズ群及び第４レンズ群の構成に関し、上記したものの他に、第３レンズ群は、物体側の面が物体側に凸面を向け、像面側の面が物体側に凸面を向け、且つ、上記２つの面が非球面によって構成される１枚の正メニスカスレンズによって構成されると共に、第４レンズ群が物体側から順に負レンズ、正レンズ、正レンズと配列された３枚のレンズによって構成され、最も像面側に位置した正レンズの少なくとも一の面が非球面によって構成されるようにされることが好ましい。特に、このような構成はレンズ全系が１０枚のレンズによって構成される場合に好ましい。

第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成されると、第３レンズ群の主点位置をより物体側に位置させることができ、レンズ系の全長を短縮することができる。さらに、像面側の面が凹となることで、第３レンズ群から射出する光線高さが低くなり、第４レンズ群を小型化することが可能となる。また、非球面化することで第３レンズ群のパワーが上がることによる球面収差の補正が可能となる。さらに、また、第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズ、正レンズが配列されて構成され、像面側の正レンズの少なくとも１つの面が非球面であることにより、像面湾曲と歪曲の補正が可能となる。また、最も像面側の正レンズが非球面の効果を持つため、負レンズと正レンズとの間に位置する正レンズに非球面の製造が一般的に困難なアッベ数が７５よりも大きな低分散ガラスを球面レンズとして使用することができ、高倍率ズームレンズで発生しやすい色収差を低減することが可能となる。

以下に、本発明ズームレンズの実施の形態及び該実施の形態に具体的に数値を適用した数値実施例について説明する。

図１に示す第１の実施の形態にかかるズームレンズ１、図５に示す第２の実施の形態にかかるズームレンズ２及び図９に示す第３の実施の形態にかかるズームレズ３は、いずれも、物体側から順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群ＧＲ４とが配列されて成る４群９枚構成又は４群１０枚構成のズームレンズであり、第４レンズ群ＧＲ４と像面Ｐとの間に配置されたローパスフィルタＦＬを有する、所謂リアフォーカスタイプのズームレンズである。

そして、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に配列されたＬ１、Ｌ２及びＬ３の３枚のレンズから成り全体として正の屈折力を有するようにされ、変倍時にその位置は固定されている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に配列されたＬ４、Ｌ５及びＬ６の３枚のレンズから成り全体として負の屈折力を有するようにされ、変倍時にその位置が光軸方向に移動される。第３レンズ群ＧＲ３は、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ７から成り、変倍時にその位置は固定されている。そして、第４レンズ群ＧＲ４は、第１及び第２の実施の形態１、２では物体側から順に配列されたＬ８、Ｌ９の２枚のレンズで、また第３の実施の形態３では、物体側から順に配列されたＬ８、Ｌ９、L１０の３枚のレンズで、それぞれ構成されて全体として正の屈折力を有し、変倍時に第２レンズ群ＧＲ２の移動に伴う像面位置の補正と合焦のために光軸方向に移動する。

上記各ズームレンズ１、２、３における変倍（ズーミング）は、光軸方向に固定されている第１レンズ群ＧＲ１と第３レンズ群ＧＲ３との間で、第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向に第１レンズ群ＧＲ１寄り又は第３レンズ群ＧＲ３寄りに移動することによってなされる。従って、該ズーミングによって、図１、図５、図９に示すように、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ３の像面Ｐ側のレンズ面ｒ５と第２レンズ群ＧＲ２のレンズＬ４の物体側のレンズ面ｒ６との間の間隔ｄ５及び第２レンズ群ＧＲ２のレンズＬ６の像面Ｐ側のレンズ面ｒ１０と第３レンズ群ＧＲ３のレンズＬ７の物体側のレンズ面ｒ１１との間の間隔ｄ１０が変化することになる。

また、上記ズーミングに伴う像面位置の変化を補正するためと合焦を行うために、第４レンズ群ＧＲ４が、第３レンズ群ＧＲ３とローパスフィルタＦＬとの間で、光軸方向に第３レンズ群ＧＲ３寄り又はローパスフィルタＦＬ寄りに移動する。従って、上記第４レンズ群ＧＲ４の移動に伴って、第３レンズ群ＧＲ３のレンズＬ７の像面Ｐ側のレンズ面ｒ１２と第４レンズ群ＧＲ４のレンズＬ８の物体側のレンズ面ｒ１３との間の間隔ｄ１２及び第４レンズ群ＧＲ４のレンズＬ９の像面Ｐ側のレンズ面ｒ１５とローパスフィルタＦＬの物体側の面ｒ１６との間の間隔ｄ１５（ズームレンズ１、２の場合）、又は、レンズＬ１０像面Ｐ側のレンズ面ｒ１７とローパスフィルタＦＬの物体側の面ｒ１８の間の間隔ｄ１７（ズームレンズ３の場合）が変化する。

ズームレンズ１、２、３において、また、第３レンズ群ＧＲ３を構成するレンズＬ７は、物体側の面ｒ１１が物体側に凸面を向け、像面側の面ｒ１２が物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、上記両面ｒ１１とｒ１２は非球面によって構成され、ズームレンズ１及び２において第４レンズ群ＧＲ４を構成する２枚のレンズＬ８、Ｌ９は、それぞれ負レンズ、正レンズであり、正レンズＬ９の像面Ｐ側の面ｒ１５ は非球面によって構成され、ズームレンズ３において第４レンズ群ＧＲ４を構成する３枚のレンズＬ８、Ｌ９、Ｌ１０は、それぞれ負レンズ、正レンズ、正レンズであり、正レンズＬ１０の両面ｒ１６、ｒ１７は非球面によって構成されるている。

以下に、上記ズームレンズ１、２、３に具体的数値を適用した数値実施例１、２、３のレンズデータについて表及び図を用いて説明する。

以下の各表において、「ｒｉ」は物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径、「ｄｉ」は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面と間の光軸（ｘ−ｘ）上における面間隔、［ｎｉ」は物体側からｉ番目の面のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、「νi」は物体側からｉ番目の面におけるｄ線に対するアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「Ｆｎｏ」は開放Ｆ値、「ω」は半画角を示す。また、「ｉｎｆｉｎｉｔｙ」は当該面が平面であることを、「ｖａｒｉａｂｌｅ」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。

また、上記各ズームレンズ１、２、３には、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。そして、非球面形状は、以下の数１式にて定義されるものとする。

ここで、「Ｚ」は非球面頂点における接平面と球面との光軸ｘ−ｘからの高さ「Ｈ」（＝√（Ｘ²＋Ｙ²））の時における光軸方向の距離、「１／Ｒ」は非球面頂点の曲率、「Ｋ」は円錐定数、「Ａ2i」は第２ｉ次の非球面係数、をそれぞれ示すものとする。

表１にズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を示す。

上述したように、ズームレンズ１において、ｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１５の各面間隔がズーミング及びフォーカシングに伴って変化する。そこで、広角端から望遠端にズーミングがなされて焦点距離ｆ（倍率）が１．００、５．５５及び３０．７８へと変化した時の、数値実施例１におけるｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１５の各値を表２に示す。

上述したように、ズームレンズ１において、ｒ１１、ｒ１２及びｒ１５の各面は非球面によって構成されている。そこで、表３に数値実施例１におけるｒ１１、ｒ１２及びｒ１５の第４次、第６次、第８次及び第１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

表４に数値実施例１におけるｆ、Ｆｎｏ、２ω及び上記各条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に対応したｄz／ｆw、ｆ1／ｆa、｜ｆ2／ｆa｜、ｆ3／ｆa及びｆ4／ｆaの各値を示す。

図２乃至図４にそれぞれ、数値実施例１における広角端、標準焦点距離及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示す。それぞれ波長ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における値を示し、また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである（以下に示す図６乃至図８、図１０乃至図１２においても同様とする。）。

表５にズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を示す。

上述したように、ズームレンズ２において、ｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１５の各面間隔がズーミング及びフォーカシングに伴って変化する。そこで、広角端から望遠端にズーミングがなされて焦点距離ｆ（倍率）が１．００、５．５５及び３０．８２へと変化した時の、数値実施例２におけるｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１５の各値を表６に示す。

上述したように、ズームレンズ２において、ｒ１１、ｒ１２及びｒ１５の各面は非球面によって構成されている。そこで、表７に数値実施例２におけるｒ１１、ｒ１２及びｒ１５の第４次、第６次、第８次及び第１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を示す。

表８に数値実施例２におけるｆ、Ｆｎｏ、２ω及び上記各条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に対応したｄz／ｆw、ｆ1／ｆa、｜ｆ2／ｆa｜、ｆ3／ｆa及びｆ4／ｆaの各値を示す。

図６乃至図８にそれぞれ、ズームレンズ２の広角端、標準焦点距離及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示す。

表９にズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を示す。

上述したように、ズームレンズ３において、ｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１７の各面間隔がズーミング及びフォーカシングに伴って変化する。そこで、広角端から望遠端にズーミングがなされて焦点距離ｆ（倍率）が１．００、５．５５及び３０．６３へと変化した時の、数値実施例３におけるｄ５、ｄ１０、ｄ１２及びｄ１７の各値を表１０に示す。

上述したように、ズームレンズ３において、ｒ１１、ｒ１２、ｒ１６及びｒ１７の各面は非球面によって構成されている。そこで、表１１に数値実施例３におけるｒ１１、ｒ１２、ｒ１６及びｒ１７の第４次、第６次、第８次及び第１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を示す。

表１２に数値実施例３におけるｆ、Ｆｎｏ、２ω及び上記各条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に対応したｄz／ｆw、ｆ1／ｆa、｜ｆ2／ｆa｜、ｆ3／ｆa及びｆ4／ｆaの各値を示す。

図１０乃至図１２にそれぞれ、ズームレンズ３の広角端、標準焦点距離及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示す。

上記各実施形態及び数値実施例からも明らかなように、本発明ズームレンズは、上記各条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を満たすことにより少ない枚数のレンズによって２０倍を越える高変倍比、上記各数値実施例では３０倍程度の高変倍比を有するズームレンズを得ることができ、例えば、ビデオカメラ用のズームレンズとして好適である。

図１３に本発明撮像装置の実施の形態を示す。この実施の形態は本発明撮像装置をデジタルビデオカメラとして適用したものである。

この実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１０は、光学レンズ部１１、光電変換部１２、カメラ機能制御部１３、画像信号処理部１４、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１５、画像入出力部１６、音声入出力部１７、音声信号処理部１８、通信部１９、制御部２０、操作入力部３１、ディスクドライブ、テープドライブ等の記録ドライブ３２、メモリーカード３３を備えたものである。

光学レンズ部１１はズームレンズ、フォーカス機構、絞り機構、シャッター機構、ズーム機構などを備え、カメラ機能制御部１３からの駆動信号に応じて、フォーカス機構、絞り機構、シャッター機構、ズーム機構を制御し、目的とする被写体の画像を取り込んで、光電変換部１２の所定の部分に結像させるようにする。ズームレンズには上記した本発明ズームレンズが使用され、具体的には、上記第１の実施の形態乃至第３の実施の形態にかかる各ズームレンズ１、２、３のいずれか、あるいは、図示しない本発明ズームレンズが使用される。

光電変換部１２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子、処理回路などを備えたものであり、光学レンズ部１１によって取り込まれた被写体の画像を撮像素子によって電気信号（画像信号）に変換するとともに、得られた画像信号に対して、光電変換部１２の前処理回路において必要な前処理を施す。光電変換部１２の前処理回路においては、例えば、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理を行うなどしてＳ／Ｎ比を良好に保つようにするとともに、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）処理を行って利得を制御するなどの処理を行う。そして、所定の前処理が施された画像信号は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換されて、これが画像信号処理部１４に供給される。

画像信号処理部１４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）の構成とされたものであり、制御部２０からの制御に応じて、光電変換部１２からの画像データに対して、ＡＦ（Auto Focus）、ＡＥ（Auto Exposure）、ＡＷＢ（Auto White Balance）などのカメラ信号処理を施す。

そして、カメラ信号処理後の画像データからＬＣＤ１５に供給するためのアナログ画像信号を形成し、これをＬＣＤ１５に供給することにより、被写体の画像をＬＣＤ１５を通じて確認することができるようにされる。また、この実施の形態のデジタルビデオカメラの場合には、同時に、画像信号処理部１４からのアナログ画像信号を画像入出力部１６を通じて、他の記録再生機器やモニタ受像機などの外部機器に供給することもできるようにしている。

そして、画像信号処理部１４は、カメラ信号処理が行われた画像データを、予め決められた圧縮方式でデータ圧縮し、これを制御部２０を通じて記録ドライブ３２に装着された記録媒体やメモリカード３３に記録する。上記記録ドライブ３２の記録媒体としてはハードディスクやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ／Ｒ等の着脱可能なディスク型記録媒体、あるいはカセットに収納された磁気テープを使用することができる。そして、例えば、動画の撮影時には、再度、撮影スタートキーが操作され、動画の撮影の停止指示が与えられるまで、被写体の画像が順次に取り込まれ、動画データとして記録ドライブ３２の記録媒体に記録される。また、シャッターキーが操作された時には、光電変換部１２に結像している画像が静止画として取り込まれ、静止画データとしてメモリカード３３に記録される。上記メモリカード３３は図示しないカードスロットに着脱自在に装着されるようになっている。なお、静止画データを記録ドライブ３２の記録媒体に記録し、動画データをメモリカード３３に記録することも可能である。

また、動画の撮影時においては、図示しないマイクロホンを通じて収音して電気信号に変換することにより得た音声信号をデジタル信号に変換し、これを所定の圧縮方式でデータ圧縮して、動画データとともに、記録ドライブ３２の記録媒体に記録することもできる。

また、このデジタルビデオカメラ１０にあっては、ビデオテープレコーダなどの外部機器から供給される情報であって、画像入出力部１６を通じて受け付けたアナログ画像信号と、音声入出力部１７を通じて受け付けたアナログ音声信号とを、記録ドライブ３２の記録媒体に記録することもできる。

制御部２０は、デジタルビデオカメラ１０の各部を制御するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable and Programmable ROM）２４がシステムバス２５を通じて接続され、マイクロコンピュータの構成とされたものである。

上記ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１により実行される各種の処理プログラムや各種の処理に用いられる情報等が予め記録されたものである。ＲＡＭ２３は、各処理において途中結果を一時記憶するなど、主に作業領域として用いられるものである。ＥＥＰＲＯＭ２４は、いわゆる不揮発性メモリーであり、このデジタルビデオカメラの電源が落とされた場合にも保持しておく必要のあるデータ、例えば、各種の設定パラメータなどを記憶保持するものである。

このデジタルビデオカメラ１０においては、通信部１９を通じて受信した動画データ、静止画データ、音楽などの音声データ、その他種々のデータを記録ドライブ３２の記録媒体に記録することもできる。通信部１９は、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの有線インターフェースを通じてデータの送受を行ったり、また、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａ／ｂ／ｇやＢｌｕｅＴｏｏｔｈなどの無線インターフェースを通じてデータの送受を行ったりするものである。

た、通信部１９を通じて、記録ドライブ３２の記録媒体などに記録されているデジタルデータをネットワークに接続された外部機器に供給することもできる。

上記した撮像装置１０は、本発明をデジタルビデオカメラに適用したものであるが、その他にも具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。

なお、上記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明ズームレンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図３及び図４と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の各種収差を示す図であり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 標準焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図７及び図８と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の各種収差を示す図であり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである 標準焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１１及び図１２と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の各種収差を示す図であり、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである 標準焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、１０…デジタルビデオカメラ（撮像装置）

Claims (8)

1. １０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズであって、
   物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、
   以下の条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
   但し、
   ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
   ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
   とする。
2. 以下の条件式（２）、（３）、（４）、（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   （２）２．０＜ｆ1／ｆa＜２．３
   （３）０．２５＜｜ｆ2／ｆa｜＜０．４１
   （４）０．５８＜ｆ3／ｆa＜３．２５
   （５）０．７＜ｆ4／ｆa＜０．９
   但し、
   ｆa：レンズ全系の望遠端での焦点距離をｆtとしてｆa＝√（ｆw・ｆt）、
   ｆi：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１、２、３、４）、
   とする。
3. 第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成され、
   第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズが配列されて構成されると共に、像面側の正レンズの像面側の面が非球面である
   ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
4. 第３レンズ群が物体側の面が凸の非球面、像面側の面が凹の非球面から成る１枚のレンズによって構成され、
   第４レンズ群が物体側から像面側へと順に負レンズ、正レンズ、正レンズが配列されて構成されると共に、像面側の正レンズの少なくとも１つの面が非球面である
   ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
5. レンズ全系が９枚のレンズによって構成された
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のズームレンズ。
6. レンズ全系が１０枚のレンズによって構成された
   ことを特徴とする請求項１、２又は４のいずれかに記載のズームレンズ。
7. １０枚以下のレンズで構成され２０倍を超える変倍比を有するズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備えた撮像装置であって、
   上記ズームレンズは、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時にその位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面を含み、変倍時の像面位置の変動を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群とが配列され、
   以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （１）７．８＜ｄz／ｆw＜８．８
   但し、
   ｄz：変倍のための第２レンズ群の可動距離、
   ｆw：レンズ全系の広角端での焦点距離、
   とする。
8. 上記ズームレンズが以下の条件式（２）、（３）、（４）、（５）を満足することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
   （２）２．０＜ｆ1／ｆa＜２．３
   （３）０．２５＜｜ｆ2／ｆa｜＜０．４１
   （４）０．５８＜ｆ3／ｆa＜３．２５
   （５）０．７＜ｆ4／ｆa＜０．９
   但し、
   ｆa：レンズ全系の望遠端での焦点距離をｆtとしてｆa＝√（ｆw・ｆt）、
   ｆi：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１、２、３、４）、
   とする。

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