JP2013161005A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高ズーム比で、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を有するズームレンズを提供すること。
【解決手段】物体側から順に、変倍中固定の正の第１群、変倍に際して移動する負の第２群、第２群の移動に連動して光軸上を移動する負の第３群、変倍中固定の正の第４群で構成されるズームレンズにおいて、前記第２群の広角端の結像倍率β２ｗ、前記第３群の広角端の結像倍率β３ｗ、望遠端の結像倍率β３ｔ、前記第３群を構成する負レンズのアッベ数ν３ｎａと部分分散比θ３ｎａ、第３群を構成する正レンズのアッベ数ν３ｐａと部分分散比θ３ｐａを各々適切に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特に放送用テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。

近年、テレビカメラ、銀塩フィルム用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置には、大口径比、高ズーム比かつ高い光学性能を有したズームレンズが求められている。大口径比、高ズーム比のズームレンズとして、最も物体側に正の屈折力のレンズ群を配置し、全体として４つのレンズ群により構成されるポジティブリード型の４群ズームレンズが知られている。４群ズームレンズのうち、物体側から像側へ順に、合焦用レンズ群を含む正の屈折力の第１群、変倍用の負の屈折力の第２群、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３群、結像用の正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズが多く開示されている。

このタイプの４群ズームにおいて、例えば、特許文献１ではズーム比１８〜２１倍程度のズームレンズが開示されている。特許文献２ではズーム比２０倍程度で、色収差を良好に補正したズームレンズが開示されている。特許文献３ではズーム比３５倍程度のズームレンズが開示されている。

特開２００４−１０９９９３号公報 特開２００９−０３７０３６号公報 特開平１１−３８３２１号公報

ポジティブリード型の４群ズームレンズは、大口径比、高倍率化が比較的容易である。しかしながら、ズーム比が２０ｘ程度の高ズーム比になると、諸収差の変動が多くなり、全ズーム域で高い光学性能を得るのが難しくなる。特に高倍率化を図ったとき、ズーム中間及び望遠側における軸上色収差が増大し、更に２次スペクトルの残存収差が大きくなり、これらを良好に補正するのが困難となる。

そこで、本発明の目的は、高ズーム比で、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置は、
１．物体側から順に、変倍中固定の正の第１群、変倍に際して移動する負の第２群、第２群の移動に連動して光軸上を移動する負の第３群、変倍中固定の正の第４群で構成されるズームレンズにおいて、
前記第２群の広角端の結像倍率をβ２ｗ、前記第３群の広角端の結像倍率をβ３ｗ、望遠端の結像倍率をβ３ｔ、前記第３群を構成する負レンズのアッベ数と部分分散比θを各々ν３ｎａ、θ３ｎａ、第３群を構成する正レンズのアッベ数と部分分散比θを各々ν３ｐａ、θ３ｐａとしたとき、
−７．０×１０^−３＜（θ３ｎａ−θ３ｐａ）／（ν３ｎａ−ν３ｐａ）＜−４．０×１０^−３・・・（１）
３．０＜｜１／β２ｗ｜＜６．０・・・（２）
０．５＜｜β３ｔ／β３ｗ｜＜０．９・・・（３）
を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、高ズーム比で、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することができる。

数値実施例１の広角端における断面図 数値実施例１のｆ＝９．５ｍｍにおける収差図 数値実施例１のｆ＝９１．２ｍｍにおける収差図 数値実施例１のｆ＝３９９ｍｍにおける収差図 数値実施例２の広角端における断面図 数値実施例２のｆ＝１１．４ｍｍにおける収差図 数値実施例２のｆ＝９１．２ｍｍにおける収差図 数値実施例２のｆ＝４１０．４ｍｍにおける収差図 数値実施例３の広角端における断面図 数値実施例３のｆ＝７．５ｍｍにおける収差図 数値実施例３のｆ＝４５．０２ｍｍにおける収差図 数値実施例３のｆ＝２０２．６ｍｍにおける収差図 ２色の色消しと二次スペクトル残存に関する模式図 ２色の色消しと二次スペクトル残存に関する模式図 第２群と第３群の移動軌跡を表す模式図 本発明の撮像装置の概略図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
本発明における各請求項について説明する。

請求項１は、第３群の構成やレンズ材料の分散特性、第２群や第３群の結像倍率を規定している。これにより、ズーム中間から望遠側における軸上色収差の２次スペクトルを良好に補正している。条件式（１）は、第３群における軸上色収差の２次スペクトル発生量を増加させ、第１群と第２群によって残存した軸上色収差の２次スペクトルを適切に補正するための条件である。

ここで、本実施例で用いている光学素子（レンズ）の材料のアッベ数と部分分散比は以下の通りである。フラウンフォーファ線のｇ線（４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとすると、アッベ数νｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇＦは以下の通りである。

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）・・・（７）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）・・・（８）
現存する光学材料は、アッベ数νｄに対して部分分散比θｇＦは狭い範囲に存在する。また、アッベ数νｄが小さいほど部分分散比θｇＦが大きい傾向を持っている。

いま、屈折力φ１、φ２、アッベ数ν１、ν２の２枚のレンズ１、２で構成される薄肉密着系の色収差補正条件は、
φ１／ν１＋φ２／ν２＝Ｅ・・・（９）
で表される。ここで、レンズ１、２の合成屈折力φは、
φ＝φ１＋φ２・・・（１０）
である。（９）式において、Ｅ＝０を満たすと、色収差においてＣ線とＦ線の結像位置が一致する。このとき、φ１、φ２は以下の式で表される。

φ１＝φ・ν１／（ν１−ν２）・・・（１１）
φ２＝φ・ν２／（ν１−ν２・・・（１２）
図１３のような正レンズ群ＬＰの色消しでは、正レンズ１にアッベ数ν１の大きい材料、負レンズ２にアッベ数ν２の小さい材料を用いる。したがって、正レンズ１は部分分散比θ１が小さく、負レンズ２は部分分散比θ２が大きくなり、Ｃ線とＦ線で色収差を補正するとｇ線の結像点が像側にずれる。物体距離を無限遠として光束を入射した場合のズレ量を２次スペクトル量Δと定義すると、
Δ＝−（１／φ）・（θ１−θ２）／（ν１−ν２・・・（１３）
で表される。

一方、図１４のような負レンズ群ＬＮの色消しでは、負レンズ１にアッベ数ν１の大きい材料、正レンズ２にアッベ数ν２の小さい材料を用いる。したがって、図１４のように、Ｃ線とＦ線で色収差を補正するとｇ線の結像点が物体側にずれ、２次スペクトル量Δは負となる。この現象は本実施例の４群ズームレンズでは、負の屈折力を持った第２群及び第３群で発生する。ここで、第２群、第３群、第４群の結像倍率をβ２、β３、β４とすると、
Δ＝Δａ＋Δｂ＋Δｃ＋Δｄ
＝Δ１・β２^２・β３^２・β４^２
＋Δ２・（β２−１）^２・β３^２・β４^２
＋Δ３・（β３−１）^２・β４^２
＋Δ４・（β４−１）^２・・・（１４）
となる。ただし、Δ１〜Δ４は物体距離を無限遠として光束を入射した場合の各群の２次スペクトル量である。また、Δａ〜Δｄは、あるズームポジションにおける各群の２次スペクトル発生量を表す。したがって、（１４）式における第１項は正、第２項は負、第３項は負となる。

図１５に示すように本実施例の４群ズームレンズでは、広角端から望遠端に変倍する際に、第２群は像側に直線的に移動する。一方、第３群は、広角端からズーム中間までは物体側に、それ以降は像側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置する。第３群が最も物体側に位置するのは、第２群の結像倍率β２が−１となったときである。

本実施例におけるズーム中間とは、第２群の結像倍率β２が−１となるポジションと定義する。また、第３群の広角端に対するズーム中間の光軸上の位置の差をＤ１、第３群の広角端に対する望遠端の光軸上の位置の差をＤ２とする。Ｄ１、Ｄ２は物体側から像側の向きを正とする。

ここで、第３群の広角端、ズーム中間、望遠端の結像倍率をβ３ｗ、β３ｍ、β３ｔとすると、
０＜β３ｔ＜β３ｗ＜β３ｍ＜１・・・（１５）
となる。さらに、広角端、ズーム中間、望遠端における第３群の２次スペクトル発生量をそれぞれΔｃｗ、Δｃｍ、Δｃｔとすると、変倍に伴う第３群の２次スペクトル発生量の関係は、（１４）式における第３項より、
Δｃｔ＜Δｃｗ＜Δｃｍ＜０・・・（１６）
が成り立つ。

いま、広角端、ズーム中間、望遠端の２次スペクトル量をそれぞれΔｗ、Δｍ、Δｔとする。本実施例に代表される４群ズームレンズにおいて、高倍率化しながら望遠端の２次スペクトル補正を良好とするには、第１群の２次スペクトル量Δ１の絶対値が小さく、第２群の２次スペクトル量Δ２の絶対値が大きくなるように、光学材料を選択するのが好ましい。上記のように光学材料を選択すると、各ズームポジションにおける２次スペクトル量の関係は
Δｍ＜Δｗ＜Δｔ・・・（１７）
となる傾向がある。このような４群ズームレンズにおいて、第３群における２次スペクトル量Δ３の絶対値を増大させることで、ズーム中間及び望遠端の２次スペクトルを効果的に補正することが可能となる。

条件式（１）は以上の点を考慮して、第３群を構成する正レンズと負レンズの材料のアッベ数と部分分散比の関係を設定したものである。

条件式（１）の上限を超えると、第３群による２次スペクトルの補正効果が不足してしまい、ズーム中間及び望遠端における軸上色収差を良好に補正することが困難となる。

条件式（１）の下限を超えると、第３群を構成する各レンズの曲率が強くなり、諸収差を良好に補正することが困難となる。

条件式（２）は、広角端における第２群の結像倍率の条件を規定したものである。

条件式（２）の上限を超えると、広角端から望遠端まで変倍する際に、第２群の光軸上の移動量が増加し、小型化が困難となる。

条件式（２）の下限を超えると、図１５におけるＤ１が小さくなる。つまり、第３群の広角端の結像倍率β３ｗとズーム中間の結像倍率β３ｍの差が小さいため、ΔｃｗとΔｃｍの差が小さくなり、ズーム中間における２次スペクトルの補正効果が不足してしまう。

さらに好ましくは条件式（２）は次の如く設定するのが良い。

４．０＜｜１／β２ｗ｜＜５．８・・・（２ａ）
条件式（３）は、広角端と望遠端における第３群の結像倍率の比を規定したものである。

条件式（３）の上限を超えると、図１５におけるＤ２が小さくなる。つまり、第３群の広角端の結像倍率β３ｗと望遠端の結像倍率β３ｔの差が小さいため、ΔｃｗとΔｃｔの差が小さくなり、望遠端における２次スペクトルの補正効果が不足してしまう。

条件式（３）の下限を超えると、図１５におけるＤ２が大きく、広角端から望遠端まで変倍する際に、第３群の光軸上の移動量が増加し、小型化が困難となる。

さらに好ましくは条件式（３）は次の如く設定するのが良い。

０．５２＜｜β３ｔ／β３ｗ｜＜０．６７・・・（３ａ）
さらに好ましくは、以下の請求項のうち少なくとも１つ以上を満足すると良い。

２．前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ２、前記第３群の焦点距離をｆ３としたとき、
２＜｜ｆ１／ｆ３｜＜２．８・・・（４）
０．２＜｜ｆ２／ｆ３｜＜０．５・・・（５）を満たすことを特徴とする。

３．前記第４群は群内に大きな空気間隔を隔てて正の第４１群と正の第４２群から構成され、前記第４１群を構成する正レンズのアッベ数と部分分散比θの平均値をν４ｐａ、θ４ｐａ、負レンズのアッベ数と部分分散比θの平均値をν４ｎａ、θ４ｎａとしたとき、
−３．０×１０^−３＜（θ４ｎａ−θ４ｐａ）／（ν４ｎａ−ν４ｐａ）＜−１．６×１０^−３・・・（６）
を満たすことを特徴とする。

４．前記第３群が１枚の凹レンズと一枚の凸レンズの接合レンズで構成されることを特徴とする。

５．請求項１〜４記載のいずれか１項のズームレンズと前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

請求項２は各群の屈折力の関係を規定している。

条件式（４）は、第１群、第３群の焦点距離の比を規定することにより、高い光学性能と小型化を両立するための条件である。

条件式（４）の上限を超えると、第３群の焦点距離が小さくなりすぎ、小型化には有利であるが、変倍に伴う収差変動が増大する。

条件式（４）の下限を超えると、光学性能には有利であるが、変倍による第３群の光軸上の移動量が増大し、小型化が困難となる。

条件式（５）は、第２群、第３群の焦点距離の比を規定している。

条件式（５）の上限及び下限を超えると、変倍に伴う収差変動が増大する。

請求項３は、第４群の構成やレンズ材料の分散特性を規定している。

条件式（６）の上限及び下限を超えると、全ズーム範囲において軸上色収差の２次スペクトルの補正が過剰あるいは不足となり、軸上色収差を良好に補正することが困難となる。

図１は本発明の実施例１（数値実施例１）であるズームレンズの広角端で無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図２、図３、図４は、数値実施例１の広角端、焦点距離９１．２ｍｍ、望遠端における縦収差図である。各収差図は７．０ｍの物体距離にフォーカスしている状態でのものである。ただし、焦点距離の値は、後述する数値実施例をｍｍ単位で表したときの値である。これは以下の数値実施例においても、全て同じである。

図１において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１群（フォーカスレンズ群）Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２群（バリエータ）Ｕ２を有している。さらに、第２群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動し、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３群（コンペンセータ）Ｕ３を有している。さらに、変倍に際して不動の結像作用をする正の屈折力の第４群（リレーレンズ群）Ｕ４を有している。

第２群Ｕ２と第３群Ｕ３とで変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｕ３の像側に配置されている。第４群Ｕ４は群内に大きな空気間隔で隔てられる正の屈折力を有する第４１群Ｕ４１と正の屈折率を有する第４２群Ｕ４２で構成される。Ｐは色分解光学系や光学フィルタであり、ガラスブロックとして示している。ＩＰは像面であり、固体撮像素子の撮像面に相当する。

収差図において、球面収差はｅ線（実線）、ｇ線（２点鎖線）、Ｃ線（１点鎖線）、Ｆ線（点線）を示している。非点収差はｅ線のメリディオナル像面（ｍｅｒｉ）（点線）とサジタル像面（Ｓａｇｉ）（実線）を示している。倍率色収差はｇ線（２点鎖線）とＣ線（１点鎖線）、Ｆ線（点線）によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を表す。

すべての収差図において、球面収差は０．４ｍｍ、非点収差は０．４ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は０．０５ｍｍのスケールで描かれている。なお、以下の各実施例において広角端と望遠端は、変倍用の第２群Ｕ２が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置を指す。

次に、本実施例における第３群Ｕ３について説明する。第３群Ｕ３は第１７面から第１９面に対応する。第３群Ｕ３は、物体側から順に、両凹レンズＧ１と物体側に凸のメニスカス凸レンズＧ２で構成される。なお、Ｇ１とＧ２は接合されている。

また、本実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、第１群Ｕ１は像側に凹のメニスカス凹レンズ、２つの両凸レンズ、物体側に凸のメニスカス凸レンズの合わせて４つのレンズより構成されている。なお、本実施例のズームレンズは、合焦する際に第１群全体が光軸上を移動する。第２群Ｕ２は像側に凹のメニスカス凹レンズ、像側に凸のメニスカス凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズの合わせて５つのレンズより構成されている。第４群Ｕ４は凸レンズと凹レンズを含む計１０個のレンズより成っている。

本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例はいずれの条件式も満足しており、４２倍の高倍率化を達成しながら、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を達成している。

図１６は各実施例のズームレンズを撮影光学系として用いた撮像装置（テレビカメラシステ）の概略図である。図１６において１０１は実施例１〜３のいずれかのズームレンズである。１２４はカメラである。ズームレンズ１０１はカメラ１２４に対して着脱可能となっている。１２５はカメラ１２４にズームレンズ１０１を装着することで構成される撮像装置である。

ズームレンズ１０１は第１群Ｆ、変倍部ＬＺ、結像用の第４群Ｒを有している。第1群Ｆは合焦用レンズ群が含まれている。変倍部ＬＺは変倍のために光軸上を移動する第２群と、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を移動する第３群が含まれている。

ＳＰは開口絞りである。第４群Ｒは光路中より挿抜可能なレンズユニットＩＥを有している。レンズユニットＩＥはズームレンズ１０１の全系の焦点距離範囲を変移している。１１４、１１５は各々第１群Ｆ、変倍部ＬＺを光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。１１６〜１１８は駆動機構１１４、１１５および開口絞りＳＰを電動駆動するモータ（駆動手段）である。１１９〜１２１は、第１群Ｆや変倍部ＬＺの光軸上の位置や、開口絞りＳＰの絞り径を検出するためのエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。

カメラ１２４において、１０９はカメラ１２４内の光学フィルタや色分解光学系に相当するガラスブロック、１１０はズームレンズ１０１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

また、１１１、１２２はカメラ１２４及びズームレンズ１０１の各種の駆動を制御するＣＰＵである。

このように、本発明のズームレンズをテレビカメラに適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

以下に本発明の実施例１に対応する数値実施例１を示す。各数値実施例においていずれも、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔、ｎｄｉ、νｄｉは第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。ＢＦは空気換算のバックフォーカスである。

ｆ、Ｆｎｏ、２ωは、それぞれ無限遠物体に焦点を合わせたときの全系の焦点距離、Ｆナンバー、画角を表している。最後の３つの面は、フィルタ等のガラスブロックである。
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐常数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９、Ａ１１をそれぞれ非球面係数としたとき、次式で表している。また、「ｅ−Ｚ」は「×１０^−Ｚ」を意味する。

＜数値実施例１＞
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θgF 有効径 焦点距離
1 546.14452 2.57143 1.834000 37.16 0.5775 109.878 -222.381
2 138.80932 4.18718 106.727
3 207.31137 13.31822 1.433870 95.10 0.5373 106.798 323.801
4 -430.70432 0.69211 106.595
5 118.67920 15.72267 1.433870 95.10 0.5373 103.319 226.713
6 -559.74413 0.24991 102.663
7 107.74889 9.75979 1.496999 81.54 0.5374 93.042 277.833
8 470.81914 (可変) 91.880

9 256.64790 1.00000 1.882997 40.76 0.5667 34.585 -29.064
10 23.41087 6.99516 29.511
11 -445.46820 5.17996 1.922860 18.90 0.6495 28.973 33.558
12 -29.45584 1.00000 1.834807 42.71 0.5642 28.724 -20.754
13 43.30607 0.99610 27.212
14 28.51988 8.67640 1.581439 40.75 0.5775 27.571 25.787
15 -28.41116 1.00000 1.882997 40.76 0.5667 27.054 -30.054
16 448.60060 (可変) 26.734

17 -45.46860 1.00000 1.800999 34.97 0.5863 29.180 -32.250
18 61.36026 4.09401 1.940870 17.40 0.6775 31.371 70.006
19 736.02630 (可変) 32.100

20（絞り） ∞ 1.30000 36.907
21 -3549.42422 5.35388 1.670029 47.23 0.5627 37.804 92.161
22 -61.03172 0.93566 38.742
23 182.01296 5.44034 1.517417 52.43 0.5564 40.054 134.362
24 -112.15575 1.00006 40.276
25 51.80126 10.69256 1.517417 52.43 0.5564 39.899 53.454
26 -55.69240 1.50000 1.784696 26.29 0.6135 38.892 -49.076
27 130.04589 42.00002 37.958
28 503.39838 6.32566 1.539956 59.46 0.5441 36.784 96.345
29 -58.01986 1.99838 36.650
30 79.85207 1.50000 1.799516 42.22 0.5672 33.563 -68.904
31 32.43391 5.69286 1.518229 58.96 0.5457 31.832 76.305
32 166.50656 0.60602 31.098
33 34.29822 5.01042 1.487490 70.23 0.5300 30.270 70.507
34 5927.16558 1.50000 1.785896 44.20 0.5631 29.590 -160.596
35 124.21683 3.50130 28.727
36 -56.74074 2.04254 1.518229 58.90 0.5456 28.301 -227.481
37 -110.32811 5.45392 27.929
38 ∞ 37.50000 1.603420 38.01 0.5795 25.828 0.000
39 ∞ 20.25000 1.516330 64.15 0.5352 18.160 0.000
40 ∞ 13.774

各種データ
ズーム比 42.00

広角 中間 望遠
f 9.50 91.20 399.00
Fno 2.00 1.99 4.25
2ω 30.07 3.45 0.79
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 373.67 373.67 373.67
BF 8.40 8.40 8.40

d 8 0.70 94.43 112.66
d16 121.82 16.72 15.70
d19 6.70 18.07 0.86
d40 8.40 8.40 8.40

入射瞳位置 60.73 673.33 2046.57
射出瞳位置 -326.80 -326.80 -326.80
前側主点位置 69.96 739.72 1970.62
後側主点位置 -1.10 -82.80 -390.60

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 144.00 46.50 26.25 -5.83
2 9 -20.00 24.85 3.76 -12.07
3 17 -60.00 5.09 0.13 -2.52
4 20 55.50 159.60 43.64 -122.57

広角 中間 望遠
β２ -0.1759 -1.0007 -11.4194
β３ 0.2758 0.4654 0.1784

Ｄ１ -11.37
Ｄ２ 5.84

［実施例２］
図５は本発明の実施例２（数値実施例２）であるズームレンズの広角端で無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図６、図７、図８は、数値実施例２の広角端、焦点距離９１．２ｍｍ、望遠端における縦収差図である。各収差図は７．０ｍの物体距離にフォーカスしている状態でのものである。

図５において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１群（フォーカスレンズ群）Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２群（バリエータ）Ｕ２を有している。さらに、第２群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動し、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３群（コンペンセータ）Ｕ３を有している。さらに、変倍に際して不動の結像作用をする正の屈折力の第４群（リレーレンズ群）Ｕ４を有している。

第２群Ｕ２と第３群Ｕ３とで変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｕ３の像側に配置されている。第４群Ｕ４は群内に大きな空気間隔で隔てられる正の屈折力を有する第４１群Ｕ４１と正の屈折率を有する第４２群Ｕ４２で構成される。Ｐは色分解光学系や光学フィルタであり、ガラスブロックとして示している。ＩＰは像面であり、固体撮像素子の撮像面に相当する。

次に、本実施例における第３群Ｕ３について説明する。第３群Ｕ３は第１７面から第１９面に対応する。第３群Ｕ３は、物体側から順に、両凹レンズＧ１と物体側に凸のメニスカス凸レンズＧ２で構成される。なお、Ｇ１とＧ２は接合されている。

また、本実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、第１群Ｕ１は像側に凹のメニスカス凹レンズ、２つの両凸レンズ、物体側に凸のメニスカス凸レンズの合わせて４つのレンズより構成されている。なお、本実施例のズームレンズは、合焦する際に第１群全体が光軸上を移動する。第２群Ｕ２は像側に凹のメニスカス凹レンズ、像側に凸のメニスカス凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズ、両凸レンズと物体側に凹のメニスカス凹レンズとを接合した接合レンズの合わせて５つのレンズより構成されている。第４群Ｕ４は凸レンズと凹レンズを含む計１０個のレンズより成っている。

本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例はいずれの条件式も満足しており、３６倍の高倍率化を達成しながら、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を達成している。

＜数値実施例２＞
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θgF 有効径 焦点距離
1 569.91421 2.57143 1.834000 37.16 0.5775 96.409 -217.985
2 138.21289 3.76347 93.874
3 212.42511 11.22477 1.433870 95.10 0.5373 93.926 311.083
4 -366.75173 0.24945 93.654
5 114.66416 13.30631 1.433870 95.10 0.5373 94.427 227.032
6 -686.47487 0.24982 94.179
7 103.44592 9.97784 1.496999 81.54 0.5374 90.526 256.289
8 526.32921 (可変) 89.775

9 298.00848 1.00000 1.882997 40.76 0.5667 31.081 -31.588
10 25.60048 7.00014 27.466
11 -157.68307 5.92207 1.922860 18.90 0.6495 26.477 34.006
12 -26.92311 1.00000 1.834807 42.71 0.5642 26.098 -19.173
13 40.69782 0.38438 24.902
14 29.38013 8.71633 1.581439 40.75 0.5775 25.144 24.065
15 -24.05674 1.00000 1.882997 40.76 0.5667 24.573 -29.364
16 -316.23622 (可変) 24.606

17 -46.31839 1.00000 1.800999 34.97 0.5863 29.644 -32.138
18 59.40802 3.96206 1.940870 17.40 0.6775 31.971 69.365
19 565.21518 (可変) 32.641

20（絞り） ∞ 1.30000 38.998
21 -947.25242 4.95978 1.670029 47.23 0.5627 39.818 93.000
22 -58.86626 0.19992 40.524
23 150.30413 4.44038 1.517417 52.43 0.5564 41.920 124.917
24 -113.14937 0.20016 41.996
25 55.07912 11.28445 1.517417 52.43 0.5564 41.485 53.897
26 -53.01478 1.50000 1.784696 26.29 0.6135 40.434 -48.217
27 138.08611 42.00007 39.458
28 330.92396 6.82000 1.539956 59.46 0.5441 38.439 91.981
29 -58.28653 1.75158 38.267
30 78.17510 1.50000 1.799516 42.22 0.5672 34.797 -65.752
31 31.26826 5.26389 1.518229 58.96 0.5457 32.876 75.797
32 142.23029 2.11277 32.519
33 37.06439 4.74685 1.487490 70.23 0.5300 31.414 81.596
34 497.58706 1.50000 1.785896 44.20 0.5631 30.732 -183.401
35 112.07706 4.02828 29.853
36 -46.78539 2.04254 1.518229 58.90 0.5456 29.544 -294.750
37 -68.32857 5.94598 29.344
38 ∞ 37.50000 1.603420 38.01 0.5795 26.726 0.000
39 ∞ 20.25000 1.516330 64.15 0.5352 18.698 0.000
40 ∞ 14.106

各種データ
ズーム比 36.00

広角 中間 望遠
f 11.40 91.20 410.40
Fno 2.00 1.99 4.47
2ω 25.76 3.45 0.77
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 363.12 363.12 363.12
BF 8.97 8.97 8.97

d 8 7.00 87.99 106.38
d16 107.99 16.71 16.23
d19 8.48 18.77 0.86
d40 8.97 8.97 8.97

入射瞳位置 68.11 611.76 1919.89
射出瞳位置 -275.53 -275.53 -275.53
前側主点位置 79.06 673.73 1738.28
後側主点位置 -2.43 -82.23 -401.43

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 138.00 41.34 22.38 -6.14
2 9 -20.00 25.02 3.89 -12.02
3 17 -60.00 4.96 0.18 -2.39
4 20 54.88 159.35 40.30 -123.78

広角 中間 望遠
β２ -0.1981 -1.0007 -12.5640
β３ 0.2939 0.4654 0.1668

Ｄ１ -10.29
Ｄ２ 7.62

［実施例３］
図９は本発明の実施例３（数値実施例３）であるズームレンズの広角端で無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図１０、図１１、図１２は、数値実施例３の広角端、焦点距離４５．０２ｍｍ、望遠端における縦収差図である。各収差図は２．５ｍの物体距離にフォーカスしている状態でのものである。

図９において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１群（フォーカスレンズ群）Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２群（バリエータ）Ｕ２を有している。さらに、第２群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動し、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３群（コンペンセータ）Ｕ３を有している。さらに、変倍に際して不動の結像作用をする正の屈折力の第４群（リレーレンズ群）Ｕ４を有している。

第２群Ｕ２と第３群Ｕ３とで変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｕ３の像側に配置されている。第４群Ｕ４は群内に大きな空気間隔で隔てられる正の屈折力を有する第４１群Ｕ４１と正の屈折率を有する第４２群Ｕ４２で構成される。Ｐは色分解光学系や光学フィルタであり、ガラスブロックとして示している。ＩＰは像面であり、固体撮像素子の撮像面に相当する。

次に、本実施例における第３群Ｕ３について説明する。第３群Ｕ３は第２１面から第２３面に対応する。第３群Ｕ３は、物体側から順に、両凹レンズＧ１と両凸レンズＧ２で構成される。なお、Ｇ１とＧ２は接合されている。

また、本実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、第１群Ｕ１は像側に両凹レンズ、像側に凹のメニスカス凹レンズと両凸レンズとを接合した接合レンズ、２つの両凸レンズ、物体側に凸のメニスカス凸レンズの合わせて６つのレンズより構成されている。なお、本実施例のズームレンズは、合焦する際に、第１群のうち像側の２つのレンズが光軸上を移動する。第２群Ｕ２は像側に凹のメニスカス凹レンズ、像側に凸のメニスカス凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズ、両凸レンズ、物体側に凹のメニスカス凹レンズの合わせて５つのレンズより構成されている。第４群Ｕ４は凸レンズと凹レンズを含む計１０個のレンズより成っている。

本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例はいずれの条件式も満足しており、２７倍の高倍率化を達成しながら、広角端から望遠端における全ズーム範囲に渡り軸上色収差を良好に補正し、全ズーム範囲において高い光学性能を達成している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

＜数値実施例３＞
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θgF 有効径 焦点距離
1 -204.37154 1.83959 1.729157 54.68 0.5444 91.593 -140.155
2 206.98482 5.00477 86.741
3 526.26762 1.83959 1.805181 25.42 0.6161 86.429 -170.108
4 109.30755 17.54242 1.438750 94.99 0.5342 86.211 153.407
5 -167.67623 0.15076 86.794
6 182.92067 12.43390 1.603001 65.44 0.5402 87.344 171.038
7 -232.33233 6.89896 86.876
8 101.15523 13.89199 1.438750 94.99 0.5342 80.280 175.635
9 -313.23256 0.14998 78.378
10 66.26050 6.07470 1.729157 54.68 0.5444 65.852 164.598
11 141.44215 (可変) 64.665

12* 104.52559 0.70000 1.882997 40.76 0.5667 28.675 -18.591
13 14.21424 6.69449 22.393
14 -108.54932 6.55836 1.808095 22.76 0.6307 22.101 18.577
15 -13.66899 0.70000 1.816000 46.62 0.5568 21.870 -12.724
16 45.13988 0.15003 20.885
17 23.85101 6.24418 1.531717 48.84 0.5630 21.089 24.598
18 -26.60386 0.25000 20.676
19 -25.56249 0.70000 1.834807 42.72 0.5636 20.472 -34.082
20 -242.98121 (可変) 20.364

21 -29.85478 0.41230 1.806098 40.92 0.5701 21.141 -23.408
22 52.41866 2.49935 1.890000 19.15 0.6620 22.848 52.285
23 -453.55783 (可変) 23.311

24（絞り） ∞ 1.30000 29.350
25 2069.75859 4.36825 1.658441 50.88 0.5561 30.435 56.028
26 -37.70782 0.14980 30.889
27 112.84689 3.93924 1.516330 64.14 0.5352 31.678 154.321
28 -271.30254 1.00001 31.715
29 109.82596 7.88273 1.522494 59.84 0.5439 31.619 51.447
30 -34.89698 1.80000 1.850259 32.27 0.5929 31.242 -53.178
31 -152.79579 37.99998 31.607
32 53.61629 6.81636 1.589130 61.14 0.5406 30.268 47.748
33 -56.84580 0.71376 29.636
34 -78.00321 1.80000 1.834807 42.72 0.5636 28.580 -26.983
35 32.25536 7.35464 1.517417 52.43 0.5564 27.535 43.048
36 -67.34835 2.41229 27.756
37 108.14065 5.56781 1.487490 70.23 0.5300 27.282 49.729
38 -30.85388 1.80000 1.834000 37.16 0.5775 27.043 -40.497
39 -343.31600 0.57136 27.349
40 60.89166 4.52380 1.518229 58.90 0.5456 27.479 65.624
41 -75.76300 4.04759 27.269
42 ∞ 30.00000 1.603420 38.01 0.5795 40.000 0.000
43 ∞ 16.20000 1.516330 64.15 0.5352 40.000 0.000
44 ∞ 40.000

非球面データ
第12面
K = 2.20430e+000 A 4= 6.77465e-006 A 6=-1.41109e-008 A 8= 2.28360e-010 A10=-1.10370e-012 A12= 7.72127e-015
A 3=-1.88145e-006 A 5=-4.52093e-008 A 7=-2.98642e-009 A 9= 2.64515e-011 A11=-1.62301e-013

各種データ
ズーム比 27.00

広角 中間 望遠
f 7.50 45.02 202.60
Fno 1.80 1.80 3.31
2ω 36.24 6.96 1.56
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 303.37 303.37 303.37
BF 7.50 7.50 7.50

d11 0.50 43.31 55.62
d20 56.99 7.96 8.28
d23 7.40 13.61 0.99
d44 7.50 7.50 7.50

入射瞳位置 54.73 249.06 764.11
射出瞳位置 331.25 331.25 331.25
前側主点位置 62.40 300.34 1093.49
後側主点位置 -0.00 -37.52 -195.10

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 69.70 65.83 41.06 2.87
2 12 -13.40 22.00 2.40 -12.00
3 21 -42.80 2.91 -0.15 -1.70
4 24 64.75 140.25 74.93 -144.95

広角 中間 望遠
β２ -0.2381 -0.9957 -11.6632
β３ 0.3338 0.4790 0.1840

Ｄ１ -6.21
Ｄ２ 6.41

Ｕ１ 第１群
Ｕ２ 第２群
Ｕ３ 第３群
Ｕ４ 第４群
Ｕ４１ 第４１群
Ｕ４２ 第４２群
ＳＰ 絞り
Ｐ 色分解光学系や光学フィルタを示すガラスブロック
ＩＰ 撮像面
１０１ ズームレンズ
Ｆ 第１群
ＬＺ 変倍部
Ｒ 第４群
１０９ ガラスブロック
１１０ 撮像素子
１２４ カメラ
１２５ 撮像装置

Claims (5)

1. 物体側から順に、変倍中固定の正の第１群、変倍に際して移動する負の第２群、第２群の移動に連動して光軸上を移動する負の第３群、変倍中固定の正の第４群で構成されるズームレンズにおいて、
   前記第２群の広角端の結像倍率をβ２ｗ、前記第３群の広角端の結像倍率をβ３ｗ、望遠端の結像倍率をβ３ｔ、前記第３群を構成する負レンズのアッベ数と部分分散比θを各々ν３ｎａ、θ３ｎａ、第３群を構成する正レンズのアッベ数と部分分散比θを各々ν３ｐａ、θ３ｐａとしたとき、
   −７．０×１０^−３＜（θ３ｎａ−θ３ｐａ）／（ν３ｎａ−ν３ｐａ）＜−４．０×１０^−３
   ３．０＜｜１／β２ｗ｜＜６．０
   ０．５＜｜β３ｔ／β３ｗ｜＜０．９
   ただし、部分分散比θ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
   を満たすことを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ２、前記第３群の焦点距離をｆ３としたとき、
   １．２＜｜ｆ１／ｆ３｜＜２．８
   ０．２＜｜ｆ２／ｆ３｜＜０．５
   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。
3. 前記第４群は群内に大きな空気間隔を隔てて正の第４１群と正の第４２群から構成され、前記第４１群を構成する正レンズのアッベ数と部分分散比θの平均値をν４ｐａ、θ４ｐａ、負レンズのアッベ数と部分分散比θの平均値をν４ｎａ、θ４ｎａとしたとき、
   −３．０×１０^−３＜（θ４ｎａ−θ４ｐａ）／（ν４ｎａ−ν４ｐａ）＜−１．６×１０^−３
   を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記第３群が１枚の凹レンズと一枚の凸レンズの接合レンズで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のズームレンズと前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。