JP2010072377A - 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、レンズ系全長の短縮化を図るとともに、良好な光学性能と３ＣＣＤ方式に対応可能な長いバックフォーカスを有する。
【解決手段】ズームレンズは、正の第１レンズ群Ｇ１、移動して変倍を行う負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、変倍時に移動する正の第４レンズ群Ｇ４を備える。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、負、正、負、正のレンズからなる。条件式（１）〜（３）を満たす。
１．８＜ｆ３／ｆ４＜３．５ （１）
−５．０＜ｆ４１／ｆ４＜−２．２ （２）
１．６＜Ｄ３／ｆｗ＜２．４ （３）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
ｆ４１：第４レンズ群Ｇ４の最も物体側の負レンズＬ４１の焦点距離
Ｄ３：第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面と第４レンズ群Ｇ４の最も物体側のレンズ面の光軸上の最大距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【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１．９程度のＦナンバーを有する３ＣＣＤ方式に対応可能な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には、物体側から順に、３枚構成の第１レンズ群、３枚構成の第２レンズ群、絞り、２枚構成の第３レンズ群、３枚構成の第４レンズ群からなるレンズ系が記載されている。特許文献２には、物体側から順に、３枚構成の第１レンズ群、３枚構成の第２レンズ群、絞り、１枚または４枚構成の第３レンズ群、３枚構成の第４レンズ群からなるレンズ系が記載されている。
特開２００４−２７９７２６号公報 特開２００６−３４３７２４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。

３ＣＣＤ方式で用いられる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である。特許文献１、２および多くの３ＣＣＤ方式のビデオカメラ用ズームレンズでは、第４レンズ群を正、負、正の３枚で構成して、第４レンズ群に強い正のパワーを持たせているため、長いバックフォーカスは、第３レンズ群の正のパワーを弱くすることによって得られている。このような構成の場合、第３レンズ群のパワーが弱いため、レンズ系全長が長くなってしまう。

しかしながら、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。上記従来の構成において、レンズ系全長を短縮するために第３レンズ群の正のパワーを強くすると、長いバックフォーカスを得ることが難しくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レンズ系全長の短縮化を図るとともに、長いバックフォーカスを確保し、良好な光学性能を有する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４レンズ群が、物体側から順に、負の第４１レンズと、正の第４２レンズと、負の第４３レンズと、正の第４４レンズとからなり、第３レンズ群の焦点距離をｆ３とし、第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、第４１レンズの焦点距離をｆ４１とし、第３レンズ群の最も像側のレンズ面と第４レンズ群の最も物体側のレンズ面の光軸上の最大距離をＤ３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）〜（３）を満たすことを特徴とするものである。
１．８＜ｆ３／ｆ４＜３．５ … （１）
−５．０＜ｆ４１／ｆ４＜−２．２ … （２）
１．６＜Ｄ３／ｆｗ＜２．４ … （３）

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、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４レンズ群Ｇ４において、最も物体側に負レンズを配置して、負、正、負、正のパワー配置の４枚構成とすることにより、バックフォーカスを長くする役割を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで分担させ、第３レンズ群Ｇ３にある程度強いパワーを持たせ、長いバックフォーカスの確保と、レンズ系全長の短縮とを両立させるようにしたものである。条件式（１）は、長いバックフォーカスの確保とレンズ系全長の短縮とを両立させるための第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のパワー配分の好適な範囲を規定するものである。また、条件式（２）（３）は、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ系の小型化を図るためのものである。

本発明のズームレンズにおいては、第４１レンズの少なくとも１面が非球面であることが好ましい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４３レンズおよび第４４レンズが接合レンズを構成していることが好ましい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４２レンズの屈折率をＮ４２としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１．６０＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）

また、本発明のズームレンズにおいては、第４４レンズのアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
７０．０＜ν４４＜８３．０ … （５）

また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群が、少なくとも１面が非球面の正レンズの１枚からなることが好ましい。その際に、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が好ましい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群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（６）を満たすことが好ましい。
３２＜ν４ｐ−ν３１＜４９ … （６）

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、第４レンズ群のパワー配置を上記のように好適に設定し、条件式（１）〜（３）を満たすように構成しているため、レンズ系全長の短縮化と３ＣＣＤ方式に対応可能な長いバックフォーカスとを両立させ、良好な光学性能を有する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。

一例として、本実施形態のズームレンズは、図１に示す例のような構成を採ることができる。すなわち、各レンズ群とも物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、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枚構成とし、第２レンズ群Ｇ２は、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、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ３１からなる１枚構成とし、第４レンズ群Ｇ４は、負レンズＬ４１、正レンズＬ４２、負レンズＬ４３、正レンズＬ４４からなる４枚構成とすることができる。

上記構成の中では特に、第４レンズ群Ｇ４において、その最も物体側に負レンズを配置して、負、正、負、正のパワー配置の４枚構成とした点が特徴である。課題の項において上述したように、従来例の第４レンズ群は、物体側から順に、正、負、正の３枚となる構成が多く採用されている。この従来の構成で長いバックフォーカスを得るためには、第３レンズ群に非常に弱い正のパワー、または、負のパワーを持たせなくてはいけない。そのため、レンズ系全長が長くなっていた。

これに対して、本実施形態は、上記従来の構成に対して、最も物体側に負レンズを１枚加えた構成となっている。この最も物体側の負レンズがあることによって、バックフォーカスを長くする役割を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで分担させることができ、第３レンズ群Ｇ３にある程度強いパワーを持たせることができる。よって、本実施形態によれば、長いバックフォーカスの確保とレンズ系全長の短縮とを同時に実現することができる。また、第４レンズ群Ｇ４に入射する光線高を小さくすることができる。

ここで、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４１は、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。第４レンズ群Ｇ４に非球面レンズを用いることで、球面収差を良好に補正することができるとともに、変倍時や合焦時の収差変動を低減することができる。特に、第４レンズ群Ｇ４において最も物体側のレンズを非球面レンズとすることで、効果的に球面収差を補正することができる。

また、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４３と正レンズＬ４４とは貼り合わされて接合レンズを構成していることが好ましい。第４レンズ群Ｇ４に接合レンズを用いることで、変倍時や合焦時の色収差の変動を小さくすることができる。

第３レンズ群Ｇ３については、図１に示す例のように、正レンズＬ３１の１枚構成とすることが好ましく、これにより、レンズ枚数を低減して小型化を図ることができる。そして、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成とする場合には、この正レンズＬ３１は、少なくとも１面に非球面を有することが好ましい。正レンズＬ３１を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が非球面レンズの場合は、プラスチックレンズであることが好ましい。材料をプラスチックにすることで、低コスト化および軽量化を実現できる。また、適用される撮像装置における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、プラスチックレンズの温度変化に伴う像位置の移動とにより、温度が変化しても、見た目上の像位置がほとんど変化しないという効果を得ることが可能である。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。

なお、従来の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レンズ群を複数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。

これは、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、後で条件式（６）の説明で述べるように、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。そこで、本実施形態では、上述したように、バックフォーカスを長くする役割を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで分担させることにより、１枚で第３レンズ群Ｇ３を構成することを実現している。

本実施形態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、本実施形態のズームレンズは、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のものでは第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ズームレンズでは、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ようにしている。これにより、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。

また、本実施形態のズームレンズでは、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。

本実施形態のズームレンズは、上記構成に加え、さらに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、さらなる高性能化とともに、長いバックフォーカスとレンズ系全長の短縮を促進することができる。

第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
１．８＜ｆ３／ｆ４＜３．５ … （１）

条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離の比を規定している。条件式（１）は、良好な光学性能を達成しつつ、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ系を小型化するとともに、色分解プリズム等を挿入可能な長いバックフォーカスを確保するための、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のパワー配分の好適な範囲を規定するものである。条件式（１）の下限を下回るほど第３レンズ群Ｇ３のパワーを強くしてしまうと、変倍時や合焦時の球面収差の変動が大きくなってしまう。また、必要なバックフォーカスを確保することが非常に困難となる。逆に、条件式（１）の上限を上回ると、レンズ系全長が長くなり、さらに、第４レンズ群Ｇ４に入射する光線高が大きくなり、第４レンズ群Ｇ４が大型化してしまう。

さらに、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、変倍時や合焦時の球面収差の変動の抑制、長いバックフォーカスの確保、小型化により有利となる。
１．９＜ｆ３／ｆ４＜３．２ … （１−１）

負レンズＬ４１の焦点距離をｆ４１とし、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
−５．０＜ｆ４１／ｆ４＜−２．２ … （２）

条件式（２）は、負レンズＬ４１の焦点距離と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離の関係を規定しており、いわば第４レンズ群Ｇ４に対する負レンズＬ４１のパワーの比を規定している。条件式（２）の下限を下回ると、負レンズＬ４１のパワーが弱くなり、上記で説明したように、バックフォーカスを長くする役割を主に第３レンズ群Ｇ３が担うことになるため、第３レンズ群Ｇ３のパワーが弱くなり、レンズ系全長が長くなってしまう。

しかしながら、条件式（２）の上限を超えるほど、負レンズＬ４１の負のパワーを強くすると、バランスをとるために第４レンズ群Ｇ４に含まれる正レンズのパワーも強くしなくてはならなり。そうすると、第４レンズ群Ｇ４の正レンズの曲率が大きくなるため、必要なコバ（縁肉）を確保するための中心厚が大きくなり、第４レンズ群Ｇ４が大型化してしまう。さらに、第４レンズ群Ｇ４の移動量が大きくなってしまう。また、各レンズが担うパワーが大きすぎると、収差変動が大きくなるとともに、製造誤差等の許容量が小さくなってしまう。

さらに、下記条件式（２−１）、（２−２）を満たすことがより好ましい。条件式（２−１）を満たすことで、条件式（２）を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。また、条件式（２−２）を満たすことで、条件式（２）を満たすことにより得られる効果をさらにいっそう高めることができる。
−４．４＜ｆ４１／ｆ４＜−２．３ … （２−１）
−４．２＜ｆ４１／ｆ４＜−２．３ … （２−２）

第３レンズ群Ｇ３の最も像側のレンズ面と第４レンズ群Ｇ４の最も物体側のレンズ面の光軸上の最大距離をＤ３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。
１．６＜Ｄ３／ｆｗ＜２．４ … （３）

条件式（３）は、第３レンズ群と第４レンズ群Ｇ４の空気間隔と、全系の焦点距離の関係を規定している。条件式（３）を下回ると、射出瞳の位置を像面から遠ざけることが難しくなり、レンズと像面との間にプリズムを配置した場合、このプリズムでのカラーシェーディングの影響が大きくなってしまう。条件式（３）を上回ると、レンズ全長が長くなってしまう。

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、条件式（３）を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
１．７＜Ｄ３／ｆｗ＜２．２ … （３−１）

正レンズＬ４２の屈折率をＮ４２としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１．６０＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）

条件式（４）は、正レンズＬ４２の屈折率を規定している。負レンズＬ４１は負のパワーを持っているため、正レンズＬ４２には強い正のパワーを持たせる必要がある。そのため、条件式（４）を下回るような材料で正レンズＬ４２を構成した場合には、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り、収差補正が困難になる。また、必要なコバを確保するために必要なレンズ厚も大きくなり、第４レンズ群Ｇ４が大型化してしまう。条件式（４）を上回ると、レンズを薄く作るのに有利ではあるが、高屈折率材料を用いることになり、高屈折率材料は一般に分散が大きいため、良好な色収差補正が困難になる。

正レンズＬ４４のアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
７０＜ν４４＜８３ … （５）

条件式（５）は、正レンズＬ４４のアッベ数を規定している。第４レンズ群Ｇ４に、条件式（５）で規定される低分散材料を用いることで、変倍時や合焦時の色収差の変動や、第４レンズ群Ｇ４で発生する色収差を抑えることができる。条件式（５）を下回ると、色収差を十分に補正することができなくなる。逆に、条件式（５）を上回るような超低分散材料を用いると、色収差の補正には有利であるが、超低分散材料は一般に屈折率が低いため、必要な正パワーを得るためには曲率が大きくなり、必要なコバを確保するために、レンズが厚くなってしまう。

第３レンズ群Ｇ３が正レンズＬ３１の１枚構成である場合、第４レンズ群Ｇ４の正レンズのアッベ数の平均（図１に示す例では正レンズＬ４２と正レンズＬ４４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（６）を満たすことが好ましい。

３２＜ν４ｐ−ν３１＜４９ … （６）

条件式（６）は、第４レンズ群Ｇ４に含まれる正レンズのアッベ数の平均と、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、第３レンズ群Ｇ３を正レンズＬ３１の１枚で構成する場合、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、正レンズＬ３１には、第４レンズ群Ｇ４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（６）を下回る場合には、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（６）を上回るほど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、良好な色収差補正が困難になる。

さらに、下記条件式（６−１）を満たすことがより好ましい。条件式（６−１）を満たすことで、条件式（６）を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
３３＜ν４ｐ−ν３１＜４８ … （６−１）

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、良好に収差補正を行いつつ、さらなるレンズ系全長の短縮化と長いバックフォーカスを両立させることができる。

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）、Ｄ２２（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、Ｄ２２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、Ｄ２２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。

表２５に、実施例１〜８における条件式（１）〜（６）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）〜（６）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１．９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た後、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、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 (9)

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４レンズ群が、物体側から順に、負の第４１レンズと、正の第４２レンズと、負の第４３レンズと、正の第４４レンズとからなり、
   前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、前記第４１レンズの焦点距離をｆ４１とし、前記第３レンズ群の最も像側のレンズ面と前記第４レンズ群の最も物体側のレンズ面の光軸上の最大距離をＤ３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）〜（３）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   １．８＜ｆ３／ｆ４＜３．５ … （１）
   −５．０＜ｆ４１／ｆ４＜−２．２ … （２）
   １．６＜Ｄ３／ｆｗ＜２．４ … （３）
2. 前記第４１レンズの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第４３レンズおよび前記第４４レンズが接合レンズを構成している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。
4. 前記第４２レンズの屈折率をＮ４２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１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．６０＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）
5. 前記第４４レンズのアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ７０．０＜ν４４＜８３．０ … （５）
6. 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枚からな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. 前記第３レンズ群の前記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６に記載のズームレンズ。
8. 前記第４レンズ群の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（６）を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載のズームレンズ。
   ３２＜ν４ｐ−ν３１＜４９ … （６）
9. 請求項１から８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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