JP2008191385A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで、撮像手段として固体撮像素子を用いた撮像装置に好適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を提供することを課題とする。
【解決手段】物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行うズームレンズ１において、前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズＬ３のみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足する。
（１）ν3p>35
（２）10<ν3p-ν3n<50
但し、
ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、コンパクトで、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、或いは監視カメラ等に適した、特に沈胴式カメラに好適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。

近年デジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっており、ユーザーのデジタルカメラに対する要望も多岐にわたっている。高画質化、小型化、薄型化は言うまでもなく、さらに近年では撮影レンズの高変倍比化や広角化への要望も非常に大きくなってきている。

ズームレンズとして、最も物体側のレンズ群が負の屈折力を有するネガティブリードタイプのズームレンズは、前玉径を小さくし易く、小型化に有利であるため、広角化に適したタイプとして多く用いられている。

また、固体撮像素子を用いた撮像装置には、像側がテレセントリックであるズームレンズが、像面照度を均一にすることができるので望ましい。このようなズームレンズとしては最も像側のレンズ群が正の屈折力を持つズームレンズが適している。

ネガティブリードタイプで最も像側のレンズ群が正の屈折力を持つズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群を配置して成る４群ズームレンズが知られている（例えば、特許文献１〜３）。しかし、特許文献１や２に示されたズームレンズのように変倍比が２〜３倍程度と変倍比が小さいものや、特許文献３に示されたズームレンズのように半画角が３０°程度と撮影画角が狭いものがほとんどであり、高変倍比と広画角の双方を達成し、なお且つ小型で高画質なズームレンズに対する要望が大きい。

ネガティブリードタイプのズームレンズとして負、正、正の３群で構成されている小型ズームレンズも知られているが、その多くは変倍比が３倍程度でありそれ以上の十分な変倍比を実現することは困難となっている（例えば、特許文献４）。

一般に広角化、高変倍比化には良好な収差補正を行う必要があるため、レンズの必要枚数が多くなる。従って、現在では、広角化・高変倍比化と同時にズームレンズの小型化・軽量化が要請される。

ところで、近年、光電変換素子の画素数が増大するにつれて、１画素のサイズに対する画角が狭まるため、シャッターレリーズ時に手ブレ等に起因した像のブレが発生し、その結果、ボケた画像として記録されてしまうという問題が目立ちやすい傾向にある。

また、カメラを構成する回路基板の高集積化によりカメラ本体が小型で軽量になったり、大型液晶を備えたカメラが増えたことで撮影する際にカメラを体から離した状態で撮影するようになったりと、以前と比較して、ユーザーが手ブレしやすい状態で撮影しているという点も重なり、像ブレが目立ちやすくなっている。

この手ブレ等による像のブレを補正する、手ブレ補正方式として、光学式手ブレ補正システムが知られている。

光学式手ブレ補正システムは、レンズ系の一部を光軸に垂直な方向にシフトさせるレンズシフト方式、あるいは、レンズ系直前に配置されたプリズムの頂角を変化させる可変頂角プリズム等の方法が知られているが、可変頂角プリズムはレンズ系で一番大きな第１レンズ群の物体側に配置するため、駆動系まで含めると小型化という点に課題があった。

レンズシフト方式の光学系は、例えば、シャッターレリーズに起因するような手ブレに伴う、カメラのブレを検出する検出系、検出系から出力される信号に基づきレンズ位置に補正量を与える制御系、制御系からの出力に基づきシフトレンズを駆動するシフト駆動系を組み合わせることにより、カメラのブレに伴う像ブレをレンズのシフトによって補正する光学式手ブレ補正システムとして機能させることが可能である。

また、防振用の補正レンズ群としては、レンズ構成を適切に設定しておくことが重要であり、これが不適切であるとブレを補正した際に偏芯収差が多く発生してしまい、画質低下につながる。

従って、防振機構を搭載するズームレンズにおいては、ブレの補正時に光学的な諸性能を劣化させることのない補正レンズ群の構成が必要となる。

特開平８−１５２５５８号公報 特開２００３−１３１１３０号公報 特開２００６−２０８８８９号公報 特開２００６−７８５８１号公報

本発明は、上記した事情に鑑み、コンパクトで、撮像手段として固体撮像素子を用いた撮像装置に好適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を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行い、前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズのみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足する。
（１）ν3p>35
（２）10<ν3p-ν3n<50
但し、
ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
とする。

また、本発明の一実施形態による撮像装置は、前記本発明の一実施形態によるズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備える。

本発明にあっては小型化、特に、第３レンズ群の薄型化が可能であり、さらに、第３レンズ群における色収差を良好に補正することができる。

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を図面を参照して説明する。

先ず、本発明ズームレンズについて説明する。

本発明ズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行い、前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズのみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足する。
（１）ν3p>35
（２）10<ν3p-ν3n<50
但し、
ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
とする。

以上の構成により、小型化、特に、第３レンズ群の薄型化が可能であり、さらに、第３レンズ群における色収差を良好に補正することができる。第３レンズ群の薄型化は、例えば、沈胴型カメラにおいて、収納時のレンズ全長を短くするのに効果的である。なお、一般的に、高変倍時における色収差の補正は非常に困難なものとされています。そこで、第３レンズ群を本発明のように構成することによって、高変倍化した場合でも色収差を良好に補正することができる。

前記条件式（１）は、第３レンズ群を構成している接合レンズにおける、正レンズの材料のアッベ数を規定する式であり、条件式（２）は、前記接合レンズにおける正レンズと負レンズの材料のアッベ数の差を規定する式である。

一般的に、負の屈折力を持つ接合レンズを正、負の２枚のレンズで構成する場合、収差補正上、正レンズをフリントガラス、負レンズをクラウンガラスで構成する場合が多い。しかし、本発明ズームレンズにおける第３レンズ群を構成する接合レンズはその逆で、正レンズをクラウンガラス、負レンズをフリントガラスで構成することができる。これは、本発明ズームレンズの第３レンズ群が、物体側から順に正レンズと負レンズを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズと、その像側に配置された１枚の負レンズから構成されているものと考えれば納得できる。つまり、本発明ズームレンズの第３レンズ群は、元々正、負、負という計３枚のレンズ配置で構成されており、像側の２枚の負レンズに同じ硝材を採用し、さらに、これら２枚の負レンズの距離を縮めて最終的に１つのレンズにすることで、正、負の２枚で構成された１つの接合レンズとして構成されたものである。これにより、第３レンズ群における色収差を良好に補正することができる上に、第３レンズ群を１つの接合レンズのみで構成することができるため、光学系の小型化や、沈胴式ズームレンズとして非撮影時に収納する際の厚みを大幅に薄型化することが可能となる。

また、条件式（１）及び（２）に関して、条件式（１）の下限値を下回って正レンズの材料を選定したり、又は条件式（２）の上限値を上回って第３レンズ群の接合レンズを構成した場合、負レンズの材料のアッベ数が小さくなりすぎるので好ましくない。一般的に、アッベ数の小さい硝材は分散と同時に部分分散も大きくなるため、特に高変倍のズームレンズにおいては望遠側の２次スペクトルが増大しやすくなる。また、条件式（２）の下限値を下回って接合レンズを構成すると正、負のレンズ間におけるアッベ数の差が小さくなりすぎるため、第３レンズ群を接合レンズで構成するメリットがなくなるので好ましくない。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、R3aを第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径、R3bを第３レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）1.0<(R3a+R3b)/(R3a-R3b)<6.0
前記条件式（３）は、第３レンズ群のシェイプファクターを規定する式である。条件式（３）の上限値を上回って、第３レンズ群の最も像側のレンズ面（R3b）の曲率が強くなりすぎると、第３レンズ群における諸収差の補正が過剰になり、特に球面収差と像面湾曲が多く発生する。さらに、第３レンズ群のシフトにより防振を行う際には、像面の倒れが多く発生し、画質劣化につながる。また、条件式（３）の下限値を下回って、第３レンズ群の最も像側のレンズ面（R3b）の曲率がゆるくなりすぎると、第３レンズ群における諸収差の補正が不足し、画質の劣化を招く。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との間の空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌跡を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は互いの空気間隔を広げながら共に物体側へ独立に移動し、第４レンズ群は第２レンズ群との間の空気間隔を増加させるように移動することが望ましい。

第２レンズ群と第３レンズ群の合成系は常に正の屈折力を持ち、前記したように移動することで合成系の結像倍率を変化させて変倍を行っている。これにより光学系の小型化と同時に高い変倍比も実現することができる。なお、第４レンズ群も変倍の際に可動であり、高変倍化を実現するためには広角端から望遠端への変倍に際して第２レンズ群と第４レンズ群との間の間隔が広がるように各レンズ群を移動させるとよい。特に、第４レンズ群を、変倍に際して、物体側から像側に移動させると変倍作用がさらに高くなる上、第４レンズ群をフォーカスレンズ群とした場合、望遠側におけるフォーカシング時に第４レンズ群の繰出し移動量を長く確保できる点でメリットがある。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第１レンズ群が、物体側から像側へ順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、前記２枚のレンズの少なくとも１枚のレンズの像側の面が非球面で構成されていることが望ましい。

第１レンズ群を前記したように構成にすることで、少ないレンズ枚数で光学系の小型化と高性能化を実現することができる。第１レンズ群を３枚以上のレンズで構成すると全長と径の小型化を実現するのが困難になるとともに、構成レンズ枚数の増加により製造コストの増大を招く。一方、第１レンズ群を１枚のレンズで構成した場合は、第１レンズ群において色収差を良好に補正することが困難になり、画質の劣化を招く。

さらに、第１レンズ群を構成しているレンズの少なくとも１枚のレンズの像側の面を非球面とすることにより、特に、広角端での歪曲収差と像面湾曲及び望遠側での球面収差を良好に補正することが可能となるため、高変倍化と広角化に有利となる。

また、最良の形態としては、第１レンズ群を、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの２枚のレンズで構成するのがよい。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第１レンズ群で発生する色収差を十分に抑えて、さらなる高画質化を実現するために、ν1nを第１レンズ群の負レンズのアッベ数、ν1pを第１レンズ群の正レンズのアッベ数として、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）ν1n-ν1p>15

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、さらなる小型化を実現するために、D1を第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離、f wを広角端での全系の焦点距離として、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）0.5<D1/fw<1.5
条件式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群の全長が長くなりすぎるため小型化が困難となる。特に、第１レンズ群は全長が長くなると、それに伴いレンズ外径も大型化するため、鏡筒全体の大型化を招く。特に、沈胴式カメラにあっては、第１レンズ群が最内側に収納されるため、鏡筒全体の大型化が顕著に現れる。条件式（５）の下限値を下回ると、第１レンズ群を構成している２枚のレンズ間の空気間隔が小さくなりすぎるため、望遠側での球面収差を補正することが困難となる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第２レンズ群中に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとから成る接合レンズを少なくとも１つ有し、かつ、色収差の補正を良好に補正するために、N2pを第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ（ナノメータ））での屈折率、N2nを第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのｄ線での屈折率、ν2pを第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数、ν2nを第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数として、以下の条件式（６）及び（７）を満足することが望ましい。
（６）0.05<|N2p-N2n|<0.4
（７）10<|ν2p-ν2n|< 50.0
一般的に、ネガティブリードタイプのズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群が像側から物体側へ移動し、変倍機能の殆どを第２レンズ群が担っている。従って、本発明によるズームレンズにおいても第２レンズ群の屈折力は必然的に強くする必要があるため、全光学系の小型を実現するためにもこの第２レンズ群で起こる諸収差の発生を良好に補正する必要がある。

そこで、この一実施形態によるズームレンズは、第２レンズ群中に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズから成る接合レンズを少なくとも１つ有する。第２レンズ群中の最も物体側の正レンズは第１レンズ群を射出した軸外主光線が大きく屈折するため、軸外諸収差を多く発生させないように物体側に凸面を向けた配置をとっている。またこれは、第１レンズ群を発散した軸上光線に対する球面収差の発生を抑えるためにも好ましい配置といえる。

第２レンズ群に関して、最良の実施形態としては、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けた正の屈折力をもつレンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとから成る接合レンズ、正の屈折力を持ったレンズで構成されるのが良い。さらに、第２レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの少なくとも１面を非球面により構成するにより、球面収差やコマ収差等を良好に補正することが可能となり、高変倍化や広角化を行った際にも光学性能を確保しやすい利点がある。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、簡素で高性能なものにするために、第４レンズ群が正の屈折力を持った１つのレンズ成分で構成されており、第４レンズ群中の少なくとも１面が非球面で構成されていることが望ましい。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第４レンズ群に光学系を像側テレセントリックに近づけて、固体撮像素子を用いた撮像装置に好適となるようにフィールドレンズの役割を持たせるのが望ましい。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第３レンズ群を光軸に対して垂直方向にシフトさせることで像シフトを行うことが望ましい。

防振は構成レンズ枚数が少なく且つレンズ径も小さい第３レンズ群を光軸に対して垂直方向にシフトすることで行うのがよい。こうすることで防振ユニットの小型化やアクチュエーターへの負荷の軽減並びに省電力化を図ることができる。また、防振時における偏芯収差を低減するためには、前記したように、シフトされる第３レンズ群の形状を適切にするとともに（請求項２）、第３レンズ群自体の色収差が良好に補正されていることが必要である（請求項１）。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、第４レンズ群にてフォーカシングを行うことが望ましい。

構成レンズ枚数が少ない第４レンズ群でフォーカシングを行うのが好ましく、これにより第４レンズ群を移動させる駆動機構を含んだフォーカスレンズユニットを小型化することが可能になる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、開口絞りは第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置し、変倍の際は第３レンズ群と一体で移動させるのが望ましい。

一般に、ネガティブリードタイプのズームレンズは広角化に適したタイプではあるものの、高変倍化すると望遠端でのＦナンバーが大きくなる傾向がある。しかし、開口絞りを上記の配置にすることで望遠端における入射瞳径を大きくすることができるため、望遠端でのＦナンバーの増大を防ぐことが可能となる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、固体撮像素子上に像を形成するのが望ましい。

次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。

なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、次の数１式によって定義されるものとする。

但し、ｘはレンズ面頂点からの光軸方向の距離、ｙは光軸と垂直な方向の高さ、ｃはレンズ頂点での近軸曲率、ｋはコーニック定数、Ａ、Ｂ、・・・は非球面係数である。

図１は本発明の第１の実施の形態にかかるズームレンズ１のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ１は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図１に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は像側へ凸の軌跡を描いて物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とは互いの間隔が広がるように物体側へ独立して移動し、第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２との間の間隔を広げるように物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け物体側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、像面側に凸面を向け物体側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表１に、前記第１の実施の形態にかかるズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を掲げる。表１及び以下の諸元表中の、「FNo」はＦナンバーを、「f」は焦点距離を、「ω」は半画角を、「s i」は物体側から数えてｉ番目の面を、「r i」は第ｉ面の曲率半径を、「d i」は物体側から数えてi番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔を、「n i」は物体側に第ｉ面（ｓｉ）を有する硝材のｄ線における屈折率を、「ν i」は物体側に第ｉ面（ｓｉ）を有する硝材のｄ線におけるアッベ数を、それぞれ示す。また、「ｓｉ」に関し「ＡＳＰ」は当該面が非球面であることを、「ｒｉ」に関し「ＩＮＦＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを、「ｄｉ」に関し「（ｄｉ）」は当該面間隔が可変間隔であることを、それぞれ示す。

ズームレンズ１において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表２に数値実施例１における前記各間隔の広角端（ｆ＝４．７２）、中間焦点位置（ｆ＝９．８１）、望遠端（ｆ＝２２．３５）における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ１において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の物体側面ｓ３、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の物体側面ｓ１０及び第４レンズ群Ｇ４の正メニスカスレンズＬ４の物体側面ｓ１６は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表３に示す。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。

数値実施例１の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表４に示す。

図２乃至図４は前記数値実施例１の各種収差を示す図である。図２は広角端における、図３は中間焦点位置における、図４は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例１は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

図５は本発明の第２の実施の形態にかかるズームレンズ２のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ２は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群をＧ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図５に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は像側へ凸の軌跡を描いて物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とは互いの間隔が広がるように物体側へ独立して移動し、第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２との間の間隔を広げるように物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状で両面に非球面を有する正レンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表５に、前記第２の実施の形態にかかるズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を掲げる。

ズームレンズ２において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表６に数値実施例２における前記各間隔の広角端（ｆ＝４．６８）、中間焦点位置（ｆ＝１０．４１）、望遠端（ｆ＝２２．１６）における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ２において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の像側面ｓ４、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の物体側面ｓ１０及び第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４の両面ｓ１６、ｓ１７は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表７に示す。

数値実施例２の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表８に示す。

図６乃至図８は前記数値実施例２の各種収差を示す図である。図６は広角端における、図７は中間焦点位置における、図８は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例２は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

図９は本発明の第３の実施の形態にかかるズームレンズ３のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ３は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群をＧ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図９に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は像側へ凸の軌跡を描いて物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とは互いの間隔が広がるように物体側へ独立して移動し、第４レンズ群Ｇ４は第２レンズ群Ｇ２との間の間隔を広げるように像側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で両面に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表９に、前記第３の実施の形態にかかるズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を掲げる。

ズームレンズ３において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表１０に数値実施例３における前記各間隔の広角端（ｆ＝４．７３）、中間焦点位置（ｆ＝１０．４１）、望遠端（ｆ＝２１．３２）における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ３において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の像側面ｓ４、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の両面ｓ１０、ｓ１１及び第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４の物体側面ｓ１６は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表１１に示す。

数値実施例３の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表１２に示す。

図１０乃至図１２は前記数値実施例３の各種収差を示す図である。図１０は広角端における、図１１は中間焦点位置における、図１２は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例３は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

次に、本発明撮像装置について説明する。

本発明撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備え、前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行い、前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズのみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足する。
（１）ν3p>35
（２）10<ν3p-ν3n<50
但し、
ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
とする。

図１３に本発明撮像装置を具体化した実施の形態の構成例をブロック図で示す。なお、図示した実施の形態は、本発明をデジタルスチルカメラに適用したものである。

デジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザーによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。

カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１を含む光学系や、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。

メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザーによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。

次に、前記デジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。

撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズ、例えば、第４レンズ群を移動させることにより行われる。

また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。

なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。

その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、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の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横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、横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の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横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、横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の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横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、横収差を示すものである。 本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した実施の形態の回路ブロック図である。

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、Ｇ１…第１レンズ群、Ｌ１１…負レンズ、Ｌ１２…正レンズ、Ｇ２…第２レンズ群、Ｌ２２…接合レンズ、Ｇ３…第３レンズ群、Ｌ３…負の屈折力を持つ一つの接合レンズ、Ｇ４…第４レンズ群、Ｌ４…正の屈折力を持つ一つのレンズ成分、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子

Claims (12)

1. 物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行うズームレンズにおいて、
   前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズのみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （１）ν3p>35
   （２）10<ν3p-ν3n<50
   但し、
   ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
   ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
   とする。
2. 以下の条件式（３）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。
   （３）1.0<(R3a+R3b)/(R3a-R3b)<6.0
   但し、
   R3a：第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
   R3b：第３レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径
   とする。
3. 広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との間の空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌跡を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は互いの空気間隔を広げながら共に物体側へ独立に移動し、第４レンズ群は第２レンズ群との間の空気間隔を増加させるように移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 第１レンズ群が、物体側から像側へ順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、前記２枚のレンズの少なくとも１枚のレンズの像側の面が非球面で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
5. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
   （４）ν1n-ν1p>15
   但し、
   ν1n：第１レンズ群の負レンズのアッベ数
   ν1p：第１レンズ群の正レンズのアッベ数
   とする。
6. 以下の条件式（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。
   （５）0.5<D1/fw<1.5
   但し、
   D1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
   f w：広角端での全系の焦点距離
   とする。
7. 第２レンズ群中に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとから成る接合レンズを少なくとも１つ有し、以下の条件式（６）及び（７）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。
   （６）0.05<|N2p-N2n|<0.4
   （７）10<|ν2p-ν2n|< 50.0
   但し、
   N2p：第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ（ナノメータ））での屈折率
   N2n：第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのｄ線での屈折率
   ν2p：第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
   ν2n：第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
   とする。
8. 第４レンズ群が正の屈折力を持った１つのレンズ成分で構成されており、第４レンズ群中の少なくとも１面が非球面で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
9. 第３レンズ群を光軸に対して垂直方向にシフトさせることで像シフトを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
10. 第４レンズ群にてフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
11. 固体撮像素子上に像を形成する
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
12. ズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
    前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を前記各レンズ群間の空気間隔を変化させて行い、前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合して成る負の屈折力を持つ接合レンズのみで構成され、以下の条件式(１)及び(２)を満足することを特徴とする撮像装置。
    （１）ν3p>35
    （２）10<ν3p-ν3n<50
    但し、
    ν3p：第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
    ν3n：第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
    とする。

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