JP2010066662A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズにおいて、小型化を図りつつ、長いバックフォーカスと、良好な光学性能を実現する。
【解決手段】ズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群を備える。変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は固定され、第２レンズ群Ｇ２を移動させて変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を移動させて行う。第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１面の非球面を有する正レンズの１枚から構成される。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚から構成される。第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たす。
１２＜ｆ３１／ｆｗ＜２０ （１）
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能で、特に３ＣＣＤ方式の電子カメラ用途として好適なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、民生用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズとしては、４群タイプや５群タイプのズームレンズが多く提案されてきた。例えば、特許文献１、２には、４群タイプで、１０倍程度の高変倍比と１．８程度のＦナンバーを有するズームレンズが開示されている。より詳しくは、特許文献１に記載のものは、第１レンズ群が３枚構成、第２レンズ群が３枚、第３レンズ群が２枚構成、第４レンズ群が３枚構成である。特許文献２に記載のものは、ガラス球面上に非球面樹脂を形成した複合型非球面レンズを用いている点、および、第３レンズ群が１枚構成である点が特許文献１に記載のものと大きく異なる。従来では、これらのように、１０〜１２枚程度の少ないレンズ枚数で構成されているものが多く提案されている。
特開２００４−２７９７２６号公報 特開２００６−２７６８４４号公報

ところで、近年では、民生用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズにおいてもハイビジョン化が進み、高性能なズームレンズへの要請が高まっている。特に、撮影した光を色分解プリズムでＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色に分け、各色に対応する３つのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）で撮像した画像を重ね合わせて高画質を得る３ＣＣＤ方式に対応可能なズームレンズへの要請が高まっている。さらに、この分野のズームレンズに対しては、高性能でありながら小型であることも強く求められている。

小型化の１つの方法として、第３レンズ群を１枚構成とすることが考えられる。しかし、色分解プリズムを挿入するためには長いバックフォーカスが必要とされ、そのためには第３レンズ群のパワーを弱くする必要がある。第３レンズ群を１枚構成として、そのパワーを弱くすると、レンズの曲率が小さくなってしまい、収差の補正が困難になるという問題がある。

特許文献２に記載のものは、第３レンズ群が１枚構成であるが、第４レンズ群の最も物体側に負レンズを配置して、負、正、正のパワー配置とすることで、第３レンズ群のレンズの曲率が小さくなりすぎるのを防止している。しかし、この構成では、第４レンズ群の最も物体側の負レンズのために、中央の正レンズに入射する光線の光線高が大きくなり、収差補正の点で不利になるという不具合が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化を図りつつ、長いバックフォーカスと、良好な光学性能を実現可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、第１レンズ群が、物体側から順に、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の貼り合わせによる接合レンズ、正メニスカスレンズの３枚から構成され、第２レンズ群が、２枚以上の負レンズおよび１枚の正レンズから構成され、第３レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズの１枚から構成され、第４レンズ群が、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚から構成され、第３レンズ群の正レンズの焦点距離をｆ３１とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするものである。
１０＜ｆ３１／ｆｗ＜２５ … （１）

なお、本発明において、各「レンズ群」は、複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、本発明において、上記のようなガラス球面上に非球面樹脂を形成したような複合型レンズは「１枚」のレンズとは見なさないものとする。

本発明のズームレンズは、第３レンズ群を１枚構成とすることで小型化を図ることができる。また、第４レンズ群を物体側から順に、正、負、正のパワー配置とすることで中央の負レンズに入射する光線の光線高を小さくすることができ、ペッツバール和に有利となり、良好な収差補正が可能となる。さらに、条件式（１）を満たすことで、第３レンズ群の正レンズの好適なパワーの範囲を設定でき、長いバックフォーカスの確保と、球面収差を始めとする諸収差の良好な補正の両立を実現可能にしている。

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群の２つの正レンズのアッベ数の平均をν４ｐとし、第３レンズ群の正レンズのアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
３８＜ν４ｐ−ν３１＜５８ … （２）

また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
３．０＜ｆ４／ｆｗ＜３．８ … （３）

また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群の２つの正レンズのうち、いずれか一方が第４レンズ群の負レンズと接合されており、接合されていない他方が少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。その際に、接合されていない他方の正レンズのアッベ数をν４ｓとしたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
７０．０＜ν４ｓ＜８３．０ … （４）

本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群の正レンズの材料がプラスチックであるように構成してもよい。

なお、本明細書における各条件式の値は、ズームレンズの基準波長におけるものであり、例えばズームレンズの基準波長がｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の場合は、上記条件式で記載されている屈折率やアッベ数はｄ線におけるものとなる。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、各レンズ群の構成を好適に設定し、特に、第３レンズ群を１枚構成とし、第４レンズ群を上記パワー配置とし、条件式（１）を満たすように構成しているため、小型化を図りつつ、長いバックフォーカスと、良好な光学性能を実現可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。また、図２〜図８はそれぞれ、後述の実施例２〜実施例８のズームレンズの構成を示す断面図である。図１〜図８に示すズームレンズの基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、以下では主に図１を例にとって説明する。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群Ｇ４とを備えている。

なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１では、左側が物体側、右側が像側である。図１では、上段に広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、下段に望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。

また、図１では無限遠物体からの軸上光束の結像位置をＰｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像装置に適用する際には、結像位置Ｐｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。

ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと結像面（撮像面）の間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１に示す例では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが第４レンズ群Ｇ４と結像位置Ｐｉｍとの間に配置されている。

このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を光軸上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されている。つまり、第２レンズ群Ｇ２はバリエータ群、第４レンズ群Ｇ４はコンペンセータ群およびフォーカス群としての機能を備えている。

このズームレンズは以下のように構成される。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との貼り合わせによる接合レンズ、メニスカス形状の正レンズＬ１３からなる３枚構成である。第２レンズ群Ｇ２は、２枚以上の負レンズ、および１枚の正レンズからなる３枚以上の構成である。第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１面の非球面を有する正レンズＬ３１からなる１枚構成である。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正レンズＬ４１、負レンズＬ４２、正レンズＬ４３からなる３枚構成である。なお、第２レンズ群Ｇ２は、図１に示す例のように、物体側から順に、負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３、負レンズＬ２４からなる４枚構成としてもよく、あるいは図７、図８に示す例のように、物体側から順に、負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３からなる３枚構成としてもよい。

このように、本発明のズームレンズは、図１〜図８に示す例のように、計１０枚または計１１枚の少ないレンズ枚数で構成することが可能であり、小型に構成できる。

特に本発明のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３以降で小型化を図るため、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成としている点が１つの特徴である。従来提案された４群タイプ、５群タイプのズームレンズでは、特許文献１やその他の公知例に見られるもののように、第３レンズ群を２枚または３枚のレンズで構成しているものが多く、第３レンズ群を１枚構成とした例は少ない。

というのは、第３レンズ群を１枚構成とすると、第３レンズ群を複数枚構成とした場合には生じない不具合が生じ、従来とは異なる発想が必要だからである。その１つは、色収差の問題である。通常、ズームレンズでは、各レンズ群単独で色消しを行うことが多く、第３レンズ群Ｇ３を１枚で構成すると、第３レンズ群単体での色消しはできない。そこで、本実施形態のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで合わせて色消しを行うようにしている。

また、もう１つは長いバックフォーカスを確保するために生じる問題である。前述したように、３ＣＣＤ方式において色分解プリズムを挿入するためには長いバックフォーカスが必要とされ、そのためには第３レンズ群のパワーを弱くする必要がある。第３レンズ群を１枚構成として、そのパワーを弱くすると、レンズの曲率が小さくなってしまい、収差の補正が困難になる。

この問題に対し、本発明のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１の焦点距離をｆ３１とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすように構成することで解決を図っている。
１０＜ｆ３１／ｆｗ＜２５ … （１）

条件式（１）は、正レンズＬ３１（第３レンズ群Ｇ３）の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の比を規定しており、第３レンズ群Ｇ３を１枚で構成するための条件と言うこともできる。光学系と像面の間に色分解プリズム等を挿入できるだけの長いバックフォーカスを得るためには、正レンズＬ３１のパワーが弱いことが条件となる。条件式（１）の下限を下回ると、正レンズＬ３１のパワーが強くなり、必要なバックフォーカスを得られなくなってしまう。逆に、条件式（１）の上限を上回るほど正レンズＬ３１のパワーを弱くしてしまうと、レンズの曲率が小さくなり、収差、特に光学系全体の球面収差を補正することができなくなってしまう。

このような長いバックフォーカスと収差補正のトレードオフの関係において、条件式（１）を満たすように構成することで、両者をともに満足させることができ、第３レンズ群Ｇ３を１枚のレンズで構成して所望の性能を得ることが可能となり、全系として１１枚程度の少ないレンズ枚数で性能を維持することが可能になる。

なお、特許文献２に記載のズームレンズでは、上記の長いバックフォーカスに起因する問題を、第４レンズ群の最も物体側に負レンズを配置することで解決しようとしている。すなわち、特許文献２に記載のものでは、バックフォーカスを長くする役割を第３レンズ群と第４レンズ群とで分担させて、第３レンズ群のレンズの曲率が小さくなるのを回避するようにしている。

そのために特許文献２に記載のものでは、第４レンズ群の構成が、物体側から順に、負、正、正のパワー配置となっている。しかしながら、第４レンズ群は、図１に示す本実施形態のズームレンズのように、正、負、正のパワー配置とした方が、中央の負レンズに入射する光線の光線高を小さくできるので、ペッツバール和に有利であり、良好な収差補正を行うことができる。また、第４レンズ群Ｇ４の大型化を防止することもできる。第４レンズ群Ｇ４単体での収差補正について考えれば、負、正、正のパワー配置にするよりも、本実施形態のような正、負、正の順のパワー配置にした方が有利であり、さらに、変倍や合焦時の移動量を小さくしやすいという利点がある。

第４レンズ群を正、負、正のパワー配置とした場合、バックフォーカスを長くする役割を主に、第３レンズ群の正レンズＬ３１の１枚で担う必要があるため、正レンズＬ３１の曲率が小さくなりやすく、収差補正が難しくなる虞があるが、本発明では、正レンズＬ３１の焦点距離を条件式（１）を満たすように構成することで長いバックフォーカスと良好な収差補正を両立させている。

本発明のズームレンズは第３レンズ群Ｇ３を１枚構成としているため、特許文献１のような第３レンズ群Ｇ３を２枚構成とした従来例に比べて第３レンズ群Ｇ３のレンズ枚数を少なくできる。このことから、本発明のズームレンズは、従来例のように必ずしも第２レンズ群Ｇ２を３枚構成にする必要はなく、第２レンズ群Ｇ２を４枚構成とすることが可能である。

以下に第２レンズ群Ｇ２を４枚構成にする意味について説明する。レンズ系全長を短くして小型化するためには、変倍時の移動量を小さくする必要があり、そのためには第２レンズ群Ｇ２に強い負のパワーを持たせることが好ましい。しかし、レンズのパワーが強くなりすぎると、第２レンズ群Ｇ２は移動群であるため、変倍時の収差変動が大きくなってしまう。

特許文献１の従来例では第２レンズ群が負、負、正の３枚構成となっているが、図１に示す本実施形態の例では、これにさらに負レンズを１枚追加した４枚構成とすることで、第２レンズ群Ｇ２が強い負のパワーを持つ場合でも、第２レンズ群Ｇ２に必要な負のパワーを分散させることができる。よって、第２レンズ群Ｇ２の各負レンズが担うパワーの強さが強くなりすぎて変倍時の収差変動が大きくなってしまうことなく、レンズ系全長を小型化することが可能になる。なお、本発明においては、第２レンズ群Ｇ２のレンズ枚数は４枚に限定されず、図７、図８に示すように３枚としてもよい。

図１に示す例では、第２レンズ群Ｇ２において、物体側に２枚の負レンズを有している。このように、物体側に負のパワーを多く配分することにより、第２レンズ群の物体側主点の位置を物体側に近づけて第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の主点間隔を短くすることができる。これにより、軸外光束の第１レンズ群Ｇ１を通過する高さを低くすることができ、前玉径（最も物体側のレンズの径）の小型化を図ることができる。

さらに第２レンズ群Ｇ２の好ましい態様としては、少なくとも１面が非球面の負レンズを少なくとも１枚有することである。図１に示す例では、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に配置された負レンズＬ２２の物体側の面が非球面である。第２レンズ群Ｇ２に非球面レンズを採用することにより、ディストーションを良好に補正することが可能になり、画角ごとやズーム倍率ごとの像面変動を抑えることもできる。

なお、非球面による上記効果は、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズＬ２１に設けた場合でも得ることができるが、負レンズＬ２２の方が、負レンズＬ２１よりも通過する光線の光線高が小さく、小径にできるため、コスト的に有利である。また、負レンズＬ２１を非球面レンズとした場合、負レンズＬ２２に比べて製造誤差および組み立て誤差の許容量が小さくなりやすい。よって、負レンズＬ２１、Ｌ２２のいずれか一方を非球面レンズとするのであれば、負レンズＬ２２を非球面レンズとすることがより好ましい。

第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１は、少なくとも１面に非球面を有する。非球面レンズとすることにより、収差補正上有利となり、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成とすることが容易となる。

正レンズＬ３１の材料は、プラスチックであることが好ましく、これにより、低コスト化および軽量化を実現できる。なお、プラスチックはガラスに比べて一般に温度変化の影響が大きいとされるが、本実施形態のズームレンズでは、長いバックフォーカスを得るために正レンズＬ３１のパワーを弱くしているため、このレンズをプラスチックレンズとしても、温度変化により全系に与える影響は小さいものとなる。

また、適用される撮像装置の鏡筒がプラスチック材料からなる場合には、鏡筒の温度変化に伴う伸縮と、プラスチック材料からなる正レンズの温度変化に伴う像位置の移動とが相殺しあって、温度変化による見た目上の像位置の変化を抑制することができる。この点において、ガラスレンズよりプラスチックレンズの方が、温度変化に対して有利であるといえる。

第４レンズ群Ｇ４については、２つの正レンズＬ４１、Ｌ４３のうちのいずれか一方の正レンズが負レンズＬ４２と接合されており、接合されていない他方の正レンズが少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。第４レンズ群Ｇ４に非球面レンズを用いることで、第４レンズ群Ｇ４単独で発生する球面収差を良好に補正することができるとともに、変倍や合焦時の収差変動を低減することができる。

本ズームレンズは、上記構成に加え、以下の条件式を満たすように構成することが好ましく、これにより、さらに良好な特性を得ることができる。

第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１の焦点距離をｆ３１とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１−１）を満たすことがより好ましい。条件式（１−１）を満たすことで、長いバックフォーカスと収差の良好な補正を実現することがより容易になる。
１２＜ｆ３１／ｆｗ＜２０ … （１−１）

第４レンズ群Ｇ４の２つの正レンズＬ４１、Ｌ４３のアッベ数の平均をν４ｐとし、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１のアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
３８＜ν４ｐ−ν３１＜５８ … （２）

条件式（２）は、第４レンズ群Ｇ４の正レンズのアッベ数の平均と第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１のアッベ数の差を規定している。ズームレンズにおける色消しは、各レンズ群において行うことが望ましいが、本発明においては第３レンズ群Ｇ３を１枚で構成しており、第４レンズ群Ｇ４と合わせて色消しを行う必要がある。第４レンズ群Ｇ４では、変倍や合焦に伴う色収差の変動を抑えるために、正レンズには低分散の材料を用いる。そこで、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１には、第４レンズ群で生じる色収差を打ち消すような高分散の材料を用いる。

条件式（２）を下回ると、色収差、特に、ズームの中間域から望遠端にかけての色収差を十分に補正できなくなる。条件式（２）を上回ると、色収差の補正には有利であるが、その場合、第４レンズ群Ｇ４の正レンズに超低分散材料を用いるか、正レンズＬ３１に高分散材料を用いることになるが、その場合、それに合った材料を選択することが困難になる。また、色収差の補正がある特定の色に偏重してしまい、良好な色収差補正ができなくなる。

第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
３．０＜ｆ４／ｆｗ＜３．８ … （３）

条件式（３）は、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離と、広角端における全系の焦点距離の比を規定している。条件式（３）の下限を下回ると、第４レンズ群Ｇ４を構成する各レンズが担うパワーが強くなり、レンズの曲率が大きくなり、変倍時や合焦時の収差変動が大きくなってしまう。条件式（３）の上限を上回ると、合焦時の第４レンズ群Ｇ４の移動量が大きくなり、全長が長くなると共に、第２レンズ群Ｇ２で発生するペッツバール和を打ち消せずに像面湾曲が大きくなってしまう。

さらに、下記条件式（３−１）を満たすことがより好ましい。条件式（３−１）を満たすことで、変倍時や合焦時の収差変動の抑制、小型化、像面湾曲の抑制がより容易になる。
３．１＜ｆ４／ｆｗ＜３．７ … （３−１）

第４レンズ群Ｇ４の２つの正レンズＬ４１、Ｌ４３のうち、いずれか一方の正レンズが負レンズＬ４２と接合されており、接合されていない他方の正レンズが少なくとも１面の非球面を有する場合、この接合されていない他方のレンズのアッベ数をν４ｓとしたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
７０．０＜ν４ｓ＜８３．０ … （４）

条件式（４）は、第４レンズ群Ｇ４の正の単レンズのアッベ数を規定している。条件式（４）の下限を下回ると、変倍時や合焦時の色収差の変動が大きくなるとともに、第３レンズ群Ｇ３以降で発生する色収差を十分に補正できなくなる。条件式（４）の上限を上回るような超低分散材料を用いれば、色収差補正には有利であるが、その場合、屈折率が非常に小さいため、曲率が大きくなり、変倍時や合焦時の収差変動が大きくなるとともに、製造誤差および組み立て誤差の許容量が小さくなってしまう。また、必要なコバ（縁肉）を確保するために中心厚を大きくしなくてはならなくなる。

また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

非球面形状が形成されるレンズの材料としては、プラスチックを用いることが好ましく、この場合には、非球面形状を精度良く作製することができるとともに、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

本ズームレンズが、広い温度範囲で使用可能なことが要求される場合には、各レンズの材料としては線膨張係数の小さいものを用いることが好ましい。また、本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型化を図りつつ、長いバックフォーカスと、良好な光学性能を実現することができる。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１〜８のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図８に示したものである。

実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズーム（変倍）に関するデータを表２に、非球面データを表３に示す。同様に、実施例２〜８にかかるズームレンズの基本データ、ズームに関するデータ、非球面データを表４〜表２４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜８のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。なお、面間隔の最下欄は表中の最終面と像面との面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の曲率半径の欄には（開口絞り）と記載している。基本レンズデータの曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

表１の基本レンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔの間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、Ｄ５（可変）、Ｄ１２（可変）、Ｄ１５（可変）、Ｄ２０（可変）と記載している。

表２のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω、変倍に伴い変化する各面間隔Ｄ５、Ｄ１２、Ｄ１５、Ｄ２０の値を示す。全画角２ωの単位は度である。

表１のＲｉおよびＤｉの単位、表２のｆ、Ｄ５、Ｄ１２、Ｄ１５、Ｄ２０の単位としては、「ｍｍ」を用いることができるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面データには、非球面レンズであるレンズの符号と、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＡ_ｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＲＡ_ｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡ_ｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）
なお、表１のＲｉおよびＤｉの単位にｍｍを用いたときは、上記Ｚｄ、ｈの単位もｍｍとなる。

なお、以下に記載する実施例７、８のズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２が物体側から順に、負、負、正の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２２が両面非球面である点が実施例１〜６のズームレンズと大きく異なる。実施例７、８の各表における記載はこれらに応じたものとなっている。

表２５に、実施例１〜８における条件式（１）〜（４）に対応する値を示す。表２５からわかるように、実施例１〜８のいずれも、条件式（１）〜（４）を満足している。

図９（Ａ）〜図９（Ｈ）に実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には波長４６０．０ｎｍ、波長６１５．０ｎｍについての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｈ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｈ）、図１５（Ａ）〜図１５（Ｈ）、図１６（Ａ）〜図１６（Ｈ）に、実施例２〜８のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。

以上のデータから、実施例１〜８のズームレンズは、約１０倍の倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのＦナンバーが１．８程度と小さく、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。

図１７に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１７では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示している。

図１７に示すビデオカメラ１０は、３つの撮像素子を有するいわゆる３ＣＣＤ方式の撮像装置であるが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、１つの撮像素子で全波長帯域を撮像するものでもよい。ビデオカメラ１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された色分解プリズム３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、各色分解プリズムの端面に設けられた撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂはズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、その撮像面がズームレンズ１の結像面に一致するように配置される。

ズームレンズ１を透過した光はフィルタ２により不要光成分が除去され、色分解プリズム３Ｒ、３Ｇ、３Ｂにより赤、緑、青の各色光に分解された後、撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの撮像面上に結像する。赤、緑、青の各色光に対応する撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂからの出力信号は信号処理回路５にて演算処理されてカラー画像が形成され、表示装置６に表示される。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は３ＣＣＤ方式に対応可能であり、小型に構成でき、かつ高画質の映像を得ることができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

本発明の実施例１にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例７にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例８にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例２にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例３にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例４にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例５にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例６にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例７にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例８にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

符号の説明

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ 色分解プリズム
４Ｂ、４Ｇ、４Ｒ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (7)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、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の貼り合わせによる接合レンズ、正メニスカスレンズの３枚から構成され、
   前記第２レンズ群が、２枚以上の負レンズおよび１枚の正レンズから構成され、
   前記第３レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズの１枚から構成され、
   前記第４レンズ群が、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚から構成され、
   前記第３レンズ群の前記正レンズの焦点距離をｆ３１とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   １０＜ｆ３１／ｆｗ＜２５ … （１）
2. 前記第４レンズ群の２つの前記正レンズのアッベ数の平均をν４ｐとし、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   ３８＜ν４ｐ−ν３１＜５８ … （２）
3. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
   ３．０＜ｆ４／ｆｗ＜３．８ … （３）
4. 前記第４レンズ群の２つの前記正レンズのうち、いずれか一方が前記第４レンズ群の前記負レンズと接合されており、接合されていない他方が少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記接合されていない他方の正レンズのアッベ数をν４ｓとしたとき、下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
   ７０．０＜ν４ｓ＜８３．０ … （４）
6. 前記第３レンズ群の正レンズの材料がプラスチックであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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