JP2013250339A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 鏡筒構造が小径で、像ぶれ補正時の収差変動を良好に補正し、大口径で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】 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から成り、第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群と、負の屈折力の第３ｂレンズ群から構成され、第３ｂレンズ群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、結像位置を光軸に対して垂直方向へ移動させ、広角端における開口絞りと第３レンズ群の光軸上の間隔Ｄｓ３ｗ、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離ｆ１２ｗ、第３ａレンズ群の焦点距離ｆ３ａ、第３ｂレンズ群の焦点距離ｆ３ｂを各々適切に設定すること。
【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、特にビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩写真用カメラ等の撮像装置に用いる撮影レンズとして好適なものである。
ビデオカメラや監視カメラ等の撮像装置の高機能化、小型化に伴い、これらの撮像装置に用いられるズームレンズは、大口径であって像ぶれ補正を容易に行うことができ、鏡筒構造の小型化に寄与するものであることが求められている。
これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より成る、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。像ぶれ補正の機構としては、広角端から望遠端へのズーミングに際して光軸方向に移動しない、正の屈折力の第３レンズ群の一部を光軸と垂直方向に移動させる構成が知られている（特許文献１、２）。像ぶれ補正を行うレンズ構成を小型化することで、鏡筒構造の小径化を図っている。
特許文献１に記載のズームレンズでは第３レンズ群を正の屈折力の第３ａレンズ群と、負の屈折力の第３ｂレンズ群に分割し、正の単レンズから成る第３ａレンズ群で像ぶれ補正を行っている。特許文献２に記載のズームレンズでは第３レンズ群を正の屈折力の第３ａレンズ群と、負の屈折力の第３ｂレンズ群と、第３ｃレンズ群に分割し、正の屈折力の単レンズから成る第３ｂレンズ群で像ぶれ補正を行っている。
特開２００７−０５２３７４号公報 特開２００５−１４８４３７号公報
特許文献１に記載の４群ズームレンズは、１枚のレンズで像ぶれ補正を行うことで撮像光学装置全体の小型化を図っており、第３レンズ群の最も物体側に位置するレンズ素子で像ぶれ補正を行っている。しかしながら、負の屈折力を有する第２レンズ群により、軸上光束は発散光束となって第３レンズ群に入射されるため、像ぶれ補正を行う単レンズの有効口径の小径化が十分に達成されていない。
特許文献２に記載の４群ズームレンズにおいても、１枚のレンズで像ぶれ補正を行うことで装置全体の小型化を図っている。しかしながら、第３ａレンズ群及び第３ｃレンズ群を固定させ、第３ｂレンズ群のみを移動させて像ぶれ補正を行うために、鏡筒構造が複雑となり、小型化を十分に達成することができない。
さらに特許文献１及び特許文献２に記載のズームレンズでは、ズーミングに際して開口絞りを固定している。開口絞りを固定した構成において、大口径化を図ると、第３レンズ群の径の増大に伴い、開口絞りの径が大型化し、鏡筒構造の小型化を十分に達成することができない。
本発明は、鏡筒構造が小型で、像ぶれ補正時の収差変動が良好に補正され、大口径で高い光学性能が得られ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を目的としている。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から成り、広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群、開口絞り及び第４レンズ群が移動し、第３レンズ群は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第３ａレンズ群と、負の屈折力の第３ｂレンズ群から構成され、第３ｂレンズ群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、結像位置を光軸に対して垂直方向へ移動させ、広角端における開口絞りと第３レンズ群の間隔をＤｓ３ｗ、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２ｗ、第３ａレンズ群の焦点距離をｆ３ａ、第３ｂレンズ群の焦点距離をｆ３ｂとしたとき、
０．９ ＜ Ｄｓ３ｗ／｜ｆ１２ｗ｜ ＜ ３．０
０．８ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆ３ａ ＜ ２．０
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明によれば、鏡筒構造が小型で、像ぶれ補正時の収差変動が良好に補正され、大口径で高い光学性能が得られるズームレンズを得ることができる。
実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明におけるビデオカメラの要部概略図
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から成る。広角端から望遠端へのズーミング（変倍）に際して、第１レンズ群及び第３レンズ群は固定され、第２レンズ群、開口絞り及び第４レンズ群は各々移動する。
具体的には広角端（短焦点距離端）から望遠端（長焦点距離端）へのズーミングに際して第１レンズ群は固定され、第２レンズ群は像側へ移動する。開口絞りは物体側へ凸状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群は固定され、第４レンズ群は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動する。
図１は実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比９．７９、開口比１．４４〜３．００程度のズームレンズである。図３は実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比９．７８、開口比１．４４〜３．００程度のズームレンズである。
図５は実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比９．９５、開口比１．４４〜３．００程度のズームレンズである。図７は実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比９．９７、開口比１．４４〜３．００程度のズームレンズである。
図９は実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例５はズーム比１０．０４、開口比１．４０〜３．００程度のズームレンズである。
図１１は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ（撮像装置）の要部概略図である。各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルスチルカメラ、銀塩フィルムカメラ、テレビカメラ等の撮像装置に用いられる撮像レンズ系である。レンズ断面図において左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。またレンズ断面図において、ｉを物体側からのレンズ群の順番とするとＢＬｉは第ｉレンズ群を示す。
各実施例のズームレンズは物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群ＢＬ１、負の屈折力の第２レンズ群ＢＬ２、正の屈折力の第３レンズ群ＢＬ３、正の屈折力の第４レンズ群ＢＬ４から構成されている。各実施例におけるズームレンズは４つのレンズ群から成るポジティブリード型の４群ズームレンズである。
Ｇは光学フィルター、フェースプレート、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面である。ビデオカメラやデジタルカメラの撮像光学系としてズームレンズを使用する際には、像面ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサといった固体撮像素子（光電変換素子）に相当する。銀塩フィルムカメラの撮像光学系としてズームレンズを使用する際には、像面ＩＰはフィルム面に相当する。レンズ断面図中の矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。
球面収差図においてＦｎｏはＦナンバーである。また実線はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、点線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）を示している。非点収差図において実線はｄ線におけるサジタル像面、点線はメリディオナル像面である。歪曲収差はｄ線について示している。倍率色収差図についてはｄ線に対するｇ線の収差を示している。ωは撮像半画角である。なお以下の各実施例において広角端と望遠端はそれぞれ、機構上の制約の下、変倍用のレンズ群が光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときの各ズーム位置をいう。
各実施例のレンズ断面図において、ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群ＢＬ２と第３レンズ群ＢＬ３の間に位置している。一般に鏡筒構造を小型化するためには、開口絞りＳＰを第３レンズ群ＢＬ３近傍または第３レンズ群ＢＬ３内に配置し、広角端から望遠端へのズーミングに際して固定させる構成が有利である。
一方で大口径化を達成するために広角端における軸上光束径を大きくすることで、第３レンズ群ＢＬ３のレンズ有効径が増大する。その際に開口絞りＳＰを第３レンズ群ＢＬ３近傍に配置すると、大口径化に伴い開口絞りＳＰの有効径も大きくなり、開口絞りＳＰの小径化を達成することが難しくなる。そこでズーミングに際して開口絞りＳＰを移動させることで、開口絞りＳＰと第３レンズ群ＢＬ３の間隔を適切に設定している。
第３レンズ群ＢＬ３は正の屈折力の第３ａレンズ群ＢＬ３ａと負の屈折力の第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂから構成される。第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂは１つのレンズ要素（正レンズと負レンズの接合レンズ、または１枚の負レンズ）で構成される。そして第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂを光軸と垂直方向に移動させることで、結像位置を光軸と垂直方向に移動させて像ぶれ補正を行っている。
像ぶれ補正時の収差変動を良好に補正するために、第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂのみを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させている。第３レンズ群ＢＬ３全体、または第３ａレンズ群ＢＬ３ａを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させると、第３レンズ群ＢＬ３のレンズ径の増大や質量の増加により、鏡筒構造の小型化が難しくなる。
また鏡筒構造の小型化と良好な光学性能を得るために、第３ａレンズ群ＢＬ３ａと第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力のバランスを適切に設定することが重要である。
フォーカシングに関しては、第４レンズ群ＢＬ４が光軸上を移動することでフォーカシングを行うリアフォーカス方式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、レンズ断面図中の矢印Ｆに示すように、第４レンズ群ＢＬ４を物体側に繰り出すことによって行っている。図中の曲線４ａは、無限遠物体にフォーカスしているときの、広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示す。曲線４ｂは近距離物体にフォーカスしているときの、広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示す。ここで第４レンズ群ＢＬ４を物体側へ凸状の軌跡を描くように移動させることで、第３レンズ群ＢＬ３と第４レンズ群ＢＬ４の間の空間を有効に活用し、レンズ全長の短縮化を実現している。
ここで広角端における開口絞りＳＰと第３レンズ群ＢＬ３の光軸上の間隔（開口絞りＳＰと第３レンズ群ＢＬ３の中で最も物体側のレンズ面の光軸上の距離）をＤｓ３ｗ、広角端における第１レンズ群ＢＬ１と第２レンズ群ＢＬ２の合成焦点距離をｆ１２ｗとする。また第３ａレンズ群ＢＬ３ａの焦点距離をｆ３ａ、第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの焦点距離をｆ３ｂとしたとき、各実施例は
０．９ ＜ Ｄｓ３ｗ／｜ｆ１２ｗ｜ ＜ ３．０ ・・・（１）
０．８ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆ３ａ ＜ ２．０ ・・・（２）
なる条件式を満足している。
条件式（１）は、広角端における第１レンズ群ＢＬ１と第２レンズ群ＢＬ２の合成の屈折力と開口絞りＳＰの位置との関係を規定したものである。条件式（１）の上限値を超えて合成焦点距離ｆ１２ｗの絶対値が小さくなると（負の屈折力が強くなると）、広画角化には有利となるが、諸収差が大きくなり、周辺光量が低下することになるため好ましくない。条件式（１）の下限値を越えて開口絞りＳＰと第３レンズ群ＢＬ３の間隔Ｄｓ３ｗが短くなると、第３レンズ群ＢＬ３に開口絞りＳＰが近接することになり、大口径化を達成するためには、第３レンズ群ＢＬ３のレンズ径を増大させることが必要となる。その結果、開口絞りＳＰの径を増大させる必要が生じ、鏡筒構造の小型化を図ることが難しくなる。
条件式（２）は、第３ａレンズ群ＢＬ３ａの屈折力と、像ぶれ補正を行う第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力のバランスを適切に設定するためのものである。条件式（２）の上限値を超えて第３ａレンズ群ＢＬ３ａの屈折力が強くなると、第３ａレンズ群ＢＬ３ａを通過した軸上光線に収斂作用が働き、第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの小径化には有利となるが、球面収差を良好に補正できなくなる。また全ズーム範囲において、球面収差や非点収差等の収差変動を抑えることが困難となる。条件式（２）の下限値を超えて第３ａレンズ群ＢＬ３ａの屈折力が弱くなると、大口径化による第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂのレンズ有効径の増大に伴い、鏡筒構造の小径化を図ることが難しくなってくる。
各実施例では上記の如く、条件式（１）、（２）を満足するように各要素を適切に設定している。これにより鏡筒構造が小径で、像ぶれ補正時の収差変動を良好に補正し、大口径で高い光学性能を有するズームレンズが得られる。なお各実施例において、好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次のようにするのがよい。
０．９５ ＜ Ｄｓ３ｗ／｜ｆ１２ｗ｜ ＜ ２．５ ・・・（１ａ）
１．０ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆ３ａ ＜ １．８ ・・・（２ａ）
また、より好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を以下のようにするのがよい。
１．０ ＜ Ｄｓ３ｗ／｜ｆ１２ｗ｜ ＜ ２．２ ・・・（１ｂ）
１．１ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆ３ａ ＜ １．６ ・・・（２ｂ）
また各実施例において次の条件式のうち１つ以上を満足することがより好ましい。ここで広角端における第１レンズ群ＢＬ１と第３レンズ群ＢＬ３の光軸上の間隔をＤ１３ｗとする。第３レンズ群ＢＬ３の中で最も物体側にあるレンズ面と、第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの中で最も物体側にあるレンズ面との光軸上の距離をＬ３ａｂとする。さらに第３レンズ群ＢＬ３の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離（光軸上の厚み）をＤ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第３レンズ群ＢＬ３の焦点距離をｆ３、第４レンズ群ＢＬ４の焦点距離をｆ４としたとき、
１．５ ＜ Ｄ１３ｗ／Ｄｓ３ｗ ＜ ４．０ ・・・（３）
０．６ ＜ Ｌ３ａｂ／Ｄ３ ＜ １．０ ・・・（４）
２．０ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆｗ ＜ ８．０ ・・・（５）
０．８ ＜ ｆ３／｜ｆ３ｂ｜ ＜ １．６ ・・・（６）
０．９ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．８ ・・・（７）
なる条件式のうち１つ以上を満足するのがよい。
条件式（３）は、広角端における開口絞りＳＰの位置を適切に設定するためのものである。条件式（３）の上限値を超えてＤｓ３ｗの値が小さくなると、開口絞りＳＰと第３レンズ群ＢＬ３との間隔が不十分となる。その結果大口径化により絞り径が増大してしまい、鏡筒構造の小径化が困難となるため好ましくない。条件式（３）の下限値を超えてＤｓ３ｗの値が大きくなると、広角端において第２レンズ群ＢＬ２と開口絞りＳＰの間隔が不十分となる。ここで軸上光束は第２レンズ群ＢＬ２によって発散作用を受けるため、開口絞りＳＰの径の小型化には有利である。一方、軸外光束は第２レンズ群ＢＬ２付近において、軸上光束と比較して光軸から離れた位置を通過する。そのため開口絞りの径を小さくし過ぎると、周辺像高の光束を過剰に遮光することになり、Ｆナンバーと周辺光量の適切なバランスを維持することができなくなるため、好ましくない。
条件式（４）は、第３レンズ群ＢＬ３内における、像ぶれ補正を行う第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの位置を設定するためのものである。広角端において、軸上光束は第３ａレンズ群内で光束径が最も大きくなる。条件式（４）において第３レンズ群ＢＬ３の光軸上の厚みは、必然的に第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの光軸上の厚みよりも大きくなるため、上限値を超えることはない。条件式（４）の下限値を超えて第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの光軸上の厚みが大きくなると、広角端において第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂに入射する軸上光束径が大きくなる。その結果第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂのレンズ径が増大してしまい、鏡筒構造の小径化を図ることが難しくなる。
条件式（５）は、像ぶれ補正を行う第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力を規定するためのものである。条件式（５）の上限値を超えて第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力が弱くなると、像ぶれ補正を行うために必要なシフト量が増大し、鏡筒構造の小径化が難しくなる。条件式（５）の下限値を超えて第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力が強くなると、像ぶれ補正を行うために必要なシフト量が少なくなり、鏡筒構造の小径化には有利となるが、ペッツバール和が負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が過剰となるため好ましくない。
条件式（６）は、第３レンズ群ＢＬ３の屈折力と第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力のバランスを規定するものである。条件式（６）の上限値を超えると、第３レンズ群ＢＬ３の屈折力に対して第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力が過剰に強くなる。その結果、像ぶれ補正時の収差変動を抑えることが難しくなり、像ぶれ補正時の画質が低下するため好ましくない。条件式（６）の下限値を超えると、第３レンズ群ＢＬ３の屈折力に対して第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの屈折力が過剰に弱くなることにより、像ぶれ補正に必要なシフト量が増大し、鏡筒構造の小径化が難しくなるため好ましくない。
条件式（７）は、第３レンズ群ＢＬ３と第４レンズ群ＢＬ４の屈折力のバランスを規定するものである。条件式（７）の上限値を超えて、第４レンズ群ＢＬ４の屈折力が強くなると、広角端から望遠端へのズーミングに際しての収差変動が大きくなり、良好な光学性能を確保することが難しくなる。条件式（７）の下限値を超えて第４レンズ群ＢＬ４の屈折力が弱くなると、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第４レンズ群ＢＬ４の移動量が大きくなり、レンズ全長の増大を招くことになり、好ましくない。
なお好ましくは条件式（３）〜条件式（７）の数値範囲を以下の如く設定するのがよい。
１．８ ＜ Ｄ１３ｗ／Ｄｓ３ｗ ＜ ３．５ ・・・（３ａ）
０．７０ ＜ Ｌ３ａｂ／Ｄ３ ＜ ０．９５ ・・・（４ａ）
２．２ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆｗ ＜ ７．０ ・・・（５ａ）
０．８５ ＜ ｆ３／｜ｆ３ｂ｜ ＜ １．５ ・・・（６ａ）
１．０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．６ ・・・（７ａ）
また、より好ましくは、条件式（３）〜（７）の数値範囲を以下の如く設定するのがよい。
２．０ ＜ Ｄ１３ｗ／Ｄｓ３ｗ ＜ ３．２ ・・・（３ｂ）
０．７５ ＜ Ｌ３ａｂ／Ｄ３ ＜ ０．９３ ・・・（４ｂ）
２．５ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆｗ ＜ ６．５ ・・・（５ｂ）
０．９ ＜ ｆ３／ｆ３ｂ ＜ １．４ ・・・（６ｂ）
１．１ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．５ ・・・（７ｂ）
各実施例では以上のように各要素を構成することにより、鏡筒構造が簡易かつ小径で、像ぶれ補正時の収差変動を良好に補正し、大口径で高い光学性能を有するズームレンズが得られる。また以上の条件式は任意に複数組み合わせることにより、さらに本発明の効果を高めることができる。
次に各実施例のレンズ構成を説明する。各実施例において第３ａレンズ群ＢＬ３ａは、正レンズと負レンズを各々１枚以上有している。これにより、第３ａレンズ群ＢＬ３ａ内で発生する色収差を補正し、広角端において良好な光学性能を確保することができる。また、像ぶれ補正を行う第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂの近傍にある第３ａレンズ群ＢＬ３ａの収差を良好にすることで、像ぶれ補正に伴う収差の発生を低減させることができる。以下、各レンズ群ごとに各実施例の具体的なレンズ構成を説明する。各レンズは特に断りがない限り、物体側から像側へ順に配置されている。
第１レンズ群ＢＬ１は以下のように構成される。実施例１乃至実施例４においては、負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズから成る。実施例５においては、負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズから成る。第１レンズ群ＢＬ１における正の屈折力を、接合レンズと、１枚または２枚の正レンズで分担することにより、第１レンズ群ＢＬ１内で発生する諸収差、特に望遠側での球面収差の発生を低減している。
第２レンズ群ＢＬ２は以下のように構成される。実施例１、２、５においては、像側の面が凹の負レンズ、像側の面が凹の負レンズ、物体側の面が凹の負レンズ、物体側の面が凸の正レンズから成る。実施例３、４においては、像側の面が凹の負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側の面が凸の正レンズから成る。ここで広画角化を実現し、かつ第１レンズ群ＢＬ１の有効径を小型化するために第２レンズ群ＢＬ２の屈折力を強めている。第２レンズ群Ｌ２における負の屈折力を２枚または３枚の負レンズで分担することで、広角端での像面湾曲や歪曲収差の発生を低減している。なお、正レンズにアッベ数が２０より小さい高分散材料を用いることで、色消しのために必要となるレンズの屈折力をできる限り小さくしている。以上により像面湾曲や倍率色収差の発生を抑えつつ小型化が実現される。
また各実施例において第２レンズ群ＢＬ２と第３レンズ群ＢＬ３の間に開口絞りＳＰを配置し、特に広角端において開口絞りＳＰをできるだけ物体側に配置することにより、広角端における絞り径の小径化を図っている。
第３レンズ群ＢＬ３は、正の屈折力を有する第３ａレンズ群ＢＬ３ａと、負の屈折力を有する第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂから構成される。第３ａレンズ群ＢＬ３ａは、各実施例において、以下の構成となっている。実施例１では、両面共に非球面形状で両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、像側の面が凹の負レンズ、両凸形状の正レンズから成る。実施例２から実施例４では、両面共に非球面形状で両凸形状の正レンズ、像側の面が凹の負レンズ、両凸形状の正レンズから成る。実施例５では、物体側の面が非球面形状で両凸形状の正レンズ、像側の面が凸の正レンズ、像側の面が凹の負レンズ、像面側が非球面形状で両凸形状の正レンズから成る。
実施例１、２、５では３枚の正レンズと、アッベ数が３０より小さい高分散硝材を用いた負レンズによって色消しを行うことで、軸上色収差を低減している。また実施例１から実施例４では、最も物体側に位置する正レンズの両面を非球面形状とすることで、広角端における球面収差を補正すると共に、ズーミングに際して発生する諸収差の変動が抑えられる。
第３ｂレンズ群ＢＬ３ｂは、各実施例において以下のように構成される。実施例１から実施例３では、正レンズと像側の面が凹の負レンズの接合レンズから成る。実施例４では、像側の面が凹の負レンズ１枚から成る。実施例５では、正レンズと像側の面が凹の負レンズの接合レンズから成る。
第４レンズ群ＢＬ４は、全体として正の屈折力の、正レンズと負レンズの接合レンズから成る。これによりズーミングに伴う像面変動を補正する際に発生する、色収差の変動を抑えている。
なお、各実施例において非球面レンズの材料はガラス材料に限らず、ガラス材料より成る球面レンズ上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を付加した）ハイブリッドタイプの非球面レンズやプラスチック成形より成る非球面レンズを用いても良い。
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。また固体撮像素子（光電変換素子）の画像データを処理する信号処理回路により歪曲を電気的に補正することで、歪曲の少ない画像を出力することも可能である。
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施例について図１１を用いて説明する。図１１において、１０はビデオカメラ本体、１１は実施例１〜５で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１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。１３は固体撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録する記録手段である。１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、鏡筒構造が小径で、高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。
次に、本発明の実施例１〜５にそれぞれ対応する数値実施例１〜５を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。またｋを離心率、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２｝１／２］＋Ａ４ｈ４＋Ａ５ｈ５＋Ａ６ｈ６＋Ａ７ｈ７＋Ａ８ｈ８
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。
数値実施例において最も像側の２つの面はフィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。ＳＰは開口絞り（あるいは虹彩絞り）、Ｇは水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のガラスブロックである。ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の感光面が位置する像面である。また各数値実施例の上述した条件式との対応を表１に示す。
［数値実施例１］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 33.930 1.50 1.84666 23.9
2 22.066 4.38 1.48749 70.2
3 -327.223 0.17
4 21.463 2.62 1.60311 60.6
5 72.302 (可変)
6 82.209 0.63 1.88300 40.8
7 9.524 1.24
8 27.577 0.55 1.83400 37.2
9 8.082 2.74
10 -14.901 0.55 1.63854 55.4
11 413.057 0.17
12 19.743 2.25 1.92286 18.9
13 -81.702 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 11.451 3.95 1.58313 59.4
16* -62.934 0.59
17 37.988 1.98 1.48749 70.2
18 -70.097 0.20
19 20.607 0.65 2.00069 25.5
20 9.143 0.61
21 11.454 4.11 1.48749 70.2
22 -18.823 0.95
23 -33.365 1.44 1.83481 42.7
24 -13.232 0.55 1.62299 58.2
25 11.743 (可変)
26 13.600 3.10 1.77250 49.6
27 -16.617 0.55 1.84666 23.9
28 -122.927 (可変)
29 ∞ 1.94 1.51633 64.1
30 ∞
像面 ∞

非球面データ
K A5 A7
15* -7.393e-01 1.966e-06 3.501e-08
16* -2.112e+02 1.275e-05 -2.919e-08

各種データ
ズーム比 9.79
広角 中間 望遠
焦点距離 6.26 24.42 61.27
Ｆナンバー 1.44 2.70 3.00
画角 26.77 7.07 2.80
像高 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 74.47 74.47 74.47
BF 8.16 11.58 5.90

間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.79 15.09 20.11
d13 11.33 3.01 2.73
d14 12.42 6.44 1.69
d25 6.29 2.87 8.55
d28 2.90 6.32 0.64
［数値実施例２］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 27.532 0.85 1.84666 23.9
2 15.200 3.55 1.60311 60.6
3 -7448.444 0.20
4 13.889 2.17 1.69680 55.5
5 38.986 (可変)
6 35.583 0.65 1.88300 40.8
7 6.294 0.77
8 16.050 0.65 1.83481 42.7
9 4.250 1.83
10 -9.571 0.60 1.70154 41.2
11 30.036 0.17
12 11.544 1.47 1.92286 18.9
13 -41.800 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 9.394 2.48 1.72903 54.0
16* -17.893 0.17
17 25.770 0.60 1.84666 23.9
18 8.130 0.52
19 14.805 3.15 1.48749 70.2
20 -7.265 0.80
21 -33.289 1.60 1.80518 25.4
22 -6.812 0.60 1.70154 41.2
23 7.222 (可変)
24 8.040 3.12 1.71300 53.9
25 -6.371 0.60 1.94595 18.0
26 -13.152 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞ 3.00
29 ∞
像面 ∞


非球面データ
K A5 A7
15* -1.353e+00 7.355e-05 -1.892e-06
16* -2.877e+01 1.446e-04 -2.575e-06

各種データ
ズーム比 9.78
広角 中間 望遠
焦点距離 3.20 12.02 31.25
Ｆナンバー 1.44 2.70 3.00
画角 26.59 7.41 2.85
像高 1.54 1.54 1.54
レンズ全長 50.52 50.52 50.52
BF 4.25 5.99 4.25

間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.72 9.30 12.31
d13 7.76 1.12 1.97
d14 7.29 5.36 1.50
d23 3.97 2.23 3.96
d26 0.59 2.33 0.60
［数値実施例３］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 32.931 1.20 1.84666 23.9
2 18.332 3.76 1.60311 60.6
3 84.348 0.25
4 23.800 2.44 1.80400 46.6
5 88.718 (可変)
6 35.178 0.65 1.88300 40.8
7 5.800 3.29
8 -18.336 0.60 1.60311 60.6
9 18.548 0.20
10 11.368 1.48 1.94595 18.0
11 29.301 (可変)
12(絞り) ∞ (可変)
13* 22.720 2.69 1.72903 54.0
14* -15.316 0.30
15 -50.081 0.87 1.84666 23.9
16 24.256 0.86
17 17.077 4.35 1.48749 70.2
18 -11.272 1.80
19 -33.506 1.49 1.84666 23.9
20 -12.298 0.60 1.60311 60.6
21 10.427 (可変)
22 12.998 3.79 1.80400 46.6
23 -8.716 0.87 1.92286 18.9
24 -33.809 (可変)
25 ∞ 1.94 1.51633 64.1
26 ∞ 4.00
27 ∞
像面 ∞

非球面データ
K A5 A7
13* -1.003e+01 -1.652e-05 -1.540e-07
14* -4.603e+00 -1.234e-05 7.228e-08

各種データ
ズーム比 9.95
広角 中間 望遠
焦点距離 4.61 18.75 45.93
Ｆナンバー 1.44 2.60 3.00
画角 27.02 6.86 2.80
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 67.84 67.84 67.84
BF 6.78 9.52 6.78

間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.80 15.28 20.37
d11 11.00 4.99 2.00
d12 12.39 3.93 1.83
d21 5.37 2.63 5.37
d24 1.50 4.24 1.50
［数値実施例４］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 35.549 1.20 1.84666 23.9
2 19.583 3.50 1.60311 60.6
3 95.535 0.25
4 24.751 2.29 1.80400 46.6
5 88.129 (可変)
6 35.581 0.65 1.88300 40.8
7 6.075 3.33
8 -22.253 0.60 1.60311 60.6
9 17.522 0.20
10 11.393 1.97 1.92286 18.9
11 30.141 (可変)
12(絞り) ∞ (可変)
13* 23.569 2.21 1.72903 54.0
14* -23.471 0.30
15 -288.915 0.87 1.84666 23.9
16 19.769 0.94
17 16.620 4.65 1.69680 55.5
18 -14.441 1.79
19 -65.099 1.00 1.59282 68.6
20 9.559 (可変)
21 13.786 3.32 1.80400 46.6
22 -11.204 0.87 1.92286 18.9
23 -39.171 (可変)
24 ∞ 1.94 1.51633 64.1
25 ∞
像面 ∞

非球面データ
K A5 A7
13* -1.638e+01 -7.113e-06 -3.915e-07
14* -4.473e+00 -2.763e-07 -1.853e-07

各種データ
ズーム比 9.97
広角 中間 望遠
焦点距離 4.61 18.97 45.96
Ｆナンバー 1.44 2.60 3.00
画角 27.05 6.79 2.80
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 67.83 67.83 67.83
BF 6.96 9.60 6.77

間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.79 16.27 21.71
d11 11.78 3.33 2.00
d12 12.83 5.80 1.70
d20 5.49 2.86 5.69
d23 1.69 4.32 1.49
［数値実施例５］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 -445.578 1.40 2.00069 25.5
2 45.403 4.63 1.69680 55.5
3 -113.613 0.15
4 48.425 2.47 1.80400 46.6
5 183.964 0.15
6 28.615 3.09 1.80400 46.6
7 78.172 (可変)
8 -299.776 0.80 1.88300 40.8
9 6.454 1.93
10 -40.545 0.60 1.83481 42.7
11 30.252 1.39
12 -9.815 0.60 2.00100 29.1
13 -30.952 0.16
14 84.510 2.00 1.94595 18.0
15 -15.051 (可変)
16(絞り) ∞ (可変)
17* 32.773 3.33 1.58313 59.4
18 -24.703 0.15
19 -182.270 2.40 1.48749 70.2
20 -32.549 0.30
21 26.751 0.80 2.00069 25.5
22 12.480 2.54
23 21.274 5.20 1.58313 59.4
24* -12.750 1.78
25 32.027 1.12 1.92286 18.9
26 109.308 0.80 1.91082 35.3
27 11.929 (可変)
28 11.110 4.24 1.59282 68.6
29 -14.053 0.80 1.92286 18.9
30 -33.885 (可変)
31 ∞ 2.00 1.51633 64.1
32 ∞
像面 ∞

非球面係数
K A4 A6 A8
17* 0.000e+00 -1.937e-04 1.968e-07 -1.475e-08
24* 0.000e+00 8.161e-06 -2.229e-07

各種データ
ズーム比 10.04
広角 中間 望遠
焦点距離 3.59 14.03 36.05
Ｆナンバー 1.40 2.58 3.00
画角 35.40 9.15 3.57
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 84.67 84.67 84.67
BF 6.82 10.69 10.24

間隔 広角 中間 望遠
d 7 1.11 17.49 23.25
d15 10.00 4.58 2.50
d16 17.15 6.19 2.50
d27 6.76 2.88 3.34
d30 1.50 5.37 4.92
Figure 2013250339
ＢＬ１ 第１レンズ群
ＢＬ２ 第２レンズ群
ＢＬ３ 第３レンズ群
ＢＬ４ 第４レンズ群
ＢＬ３ａ 第３ａレンズ群
ＢＬ３ｂ 第３ｂレンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ω 半画角
Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (10)

  1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から成るズームレンズにおいて、
    広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第２レンズ群、前記開口絞り及び前記第４レンズ群が移動し、
    前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第３ａレンズ群と、負の屈折力の第３ｂレンズ群から構成され、
    前記第３ｂレンズ群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、結像位置を光軸に対して垂直方向へ移動させ、
    広角端における前記開口絞りと前記第３レンズ群の間隔をＤｓ３ｗ、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２ｗ、前記第３ａレンズ群の焦点距離をｆ３ａ、前記第３ｂレンズ群の焦点距離をｆ３ｂとしたとき
    ０．９ ＜ Ｄｓ３ｗ／｜ｆ１２ｗ｜ ＜ ３．０
    ０．８ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆ３ａ ＜ ２．０
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 広角端における前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の間隔をＤ１３ｗとしたとき、
    １．５ ＜ Ｄ１３ｗ／Ｄｓ３ｗ ＜ ４．０
    なる条件式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. 前記第３レンズ群の中で最も物体側にあるレンズ面と、前記第３ｂレンズ群の中で最も物体側にあるレンズ面との光軸上の距離をＬ３ａｂ、前記第３レンズ群の光軸上の厚みをＤ３としたとき、
    ０．６ ＜ Ｌ３ａｂ／Ｄ３ ＜ １．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  4. 広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
    ２．０ ＜ ｜ｆ３ｂ｜／ｆｗ ＜ ８．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、
    ０．８ ＜ ｆ３／｜ｆ３ｂ｜ ＜ １．６
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、
    ０．９ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．８
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第３ｂレンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  8. 前記第３ｂレンズ群は、１枚の負レンズで構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  9. 前記第３ａレンズ群は、正レンズと負レンズを各々１枚以上有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のズームレンズと、該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していることを特徴とする撮像装置。
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