JP2017173650A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比で、望遠端の球面収差と軸上色収差が良好に補正されて高性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、絞り、および第４レンズ群Ｇ４からなる。変倍の際は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３のみが移動する。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負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、正レンズと、負レンズとからなる。第１レンズ群Ｇ１の物体側から１〜３番目のレンズの合成焦点距離ｆ１ａと４番目のレンズの焦点距離ｆ１ｂに関する条件式（１）：−０．８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜０を満足する。【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、特に、遠距離用の監視カメラに好適なズームレンズ、およびこの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、防犯や記録等の目的で監視カメラが用いられており、近年その設置数は増加している。監視カメラ用のレンズ系としては、高い汎用性が求められる場面ではズームレンズが好んで使用されている。従来知られているズームレンズとしては、例えば下記特許文献１に記載されたような、物体側から順に第１レンズ群〜第４レンズ群の４つのレンズ群を備え、そのうち第１レンズ群を３枚のレンズで構成したレンズ系がある。また、その他の４群構成のズームレンズとしては例えば下記特許文献２〜４に記載されたものを挙げることができる。

特開２００６−３９００５号公報 特開２００３−２６２７８０号公報 特開昭６２−１００７２２号公報 特開平２−２４４１１０号公報

近年、遠距離用の監視カメラは多くの用途で需要が高まっており、このような監視カメラに使用可能な高変倍比のズームレンズが求められている。それとともに画像の高画質化も要望されていることから、レンズ系には高性能であることも求められている。

しかしながら、特許文献１に記載のレンズ系は、高変倍比ではあるが、近年の高画質化の要望に十分応えるには望遠端での球面収差と軸上色収差の補正に関して改善の余地がある。また、特許文献２〜４に記載のレンズ系は変倍比が不足している。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高変倍比を有しながら、望遠端での球面収差と軸上色収差が良好に補正され、高い光学性能を有するズームレンズ、およびこの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、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、絞りと、第４レンズ群とから実質的になり、変倍の際に、第１レンズ群と第４レンズ群は像面に対して固定されており、第２レンズ群と第３レンズ群は光軸方向の相互間隔が異なるように移動し、第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズおよび正の屈折力を有する第２レンズを物体側から順に接合してなる接合レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとから実質的になり、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
−０．８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜０ （１）
ただし、
ｆ１ａ：第１レンズと第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離
ｆ１ｂ：第４レンズの焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（２）〜（７）および（１−１）〜（７−１）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましい。
−０．０１＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１５ （２）
５＜νｄ２−νｄ１＜４０ （３）
２．５＜ｆＴ／ｆ１＜４．５ （４）
−５０＜ｆＴ／ｆ２＜−１０ （５）
５＜ｆＴ／ｆ３＜３０ （６）
−１５＜ｆＴ／ｆ４＜３ （７）
−０．７＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．２ （１−１）
−０．００８＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１ （２−１）
７＜νｄ２−νｄ１＜３５ （３−１）
２．８＜ｆＴ／ｆ１＜４ （４−１）
−４０＜ｆＴ／ｆ２＜−２０ （５−１）
７＜ｆＴ／ｆ３＜２５ （６−１）
−１２＜ｆＴ／ｆ４＜２ （７−１）
ただし、
θｇＦ１：第１レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
θｇＦ２：第２レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
νｄ１：第１レンズのｄ線基準のアッベ数
νｄ２：第２レンズのｄ線基準のアッベ数
ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆ１ａ：第１レンズと第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離
ｆ１ｂ：第４レンズの焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔は常に増大し、第２レンズ群と第３レンズ群はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通ることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群は負の屈折力を有するように構成してもよく、あるいは第４レンズ群は正の屈折力を有するように構成してもよい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群全体を移動させることにより合焦が行われるように構成してもよい。

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、上記の「〜から実質的になり」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りおよび／またはカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、および／または手振れ補正機構等の機構部分等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、上記の「正の屈折力を有する〜レンズ群」とは、レンズ群全体として正の屈折力を有することを意味する。上記の「負の屈折力を有する〜レンズ群」についても同様である。上記のレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。「レンズ群」とは、必ずしも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、上記の条件式（１）、（３）〜（７）、（１−１）、（３−１）〜（７−１）の値は、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準とし、無限遠物体に合焦した状態におけるものである。

なお、あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、そのレンズのｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ）の屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、およびＮＣとしたとき、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義されるものである。

本発明によれば、物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、絞り、および第４レンズ群からなるレンズ系において、変倍の際に第２レンズ群と第３レンズ群を移動させ、第１レンズ群の構成を詳細に設定し、所定の条件式を満足するように構成しているため、高変倍比を有しながら、望遠端での球面収差と軸上色収差が良好に補正され、高い光学性能を有するズームレンズ、およびこの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。

本発明の実施例１のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例５のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例６のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例７のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例８のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例９のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１０のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１１のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例２のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例３のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例４のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例５のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例６のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例７のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例８のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例９のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例１０のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例１１のズームレンズの各収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

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〜図１１は、本発明の実施形態に係るズームレンズの構成を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜１１に対応している。図１〜図１１では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側であり、ＷＩＤＥと付した上段に広角端、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端の各状態を示している。また、図１では広角端での軸上光束２ｗと最大画角の軸外光束３ｗ、および望遠端での軸上光束２ｔと最大画角の軸外光束３ｔを合わせて示している。図１〜図１１に示す例の基本構成や図示方法は同様であるため、以下では主に図１に示す例を参照しながら説明する。

このズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳｔと、第４レンズ群Ｇ４とから実質的になる。

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ではレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に平行平板状の光学部材ＰＰを配置した例を示している。光学部材ＰＰは、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ、その他の各種フィルタ、および／またはカバーガラス等を想定したものである。本発明においては、光学部材ＰＰを図１の例とは異なる位置に配置してもよく、また光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

このズームレンズでは、変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は光軸方向の相互間隔が異なるように移動する。図１では、広角端から望遠端へ変倍する際に移動する第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３それぞれの模式的な移動軌跡を上段と下段の間に矢印で示している。

上述したように本実施形態では、変倍の際の２つの可動レンズ群が互いに異符号の屈折力を有する変倍方式を採っている。高変倍比の４群構成のズームレンズの変倍方式のうち本実施形態と異なる方式として、変倍の際の２つの可動レンズ群がいずれも負の屈折力を有するものがあるが、この方式では２つの可動レンズ群がいずれも軸上光線を発散させる作用を持つため、高変倍比になればなるほど軸上光線が跳ね上げられ、その結果、最も像側の第４レンズ群が大型化してしまう。一般に、高変倍比のレンズ系は大型化しやすいが、設置スペースの制約、大型化に伴う重量増による設置強度の強化に伴うコストアップ、および屋外使用時の強風の影響などを考慮する必要のある監視カメラ等の撮像装置に適用することを考えると、高変倍比でありながら可能な限りレンズ系の大型化が抑制されていることが好ましい。本実施形態のように、物体側から順に、負の屈折力を有する可動レンズ群（第２レンズ群Ｇ２に対応）、正の屈折力を有する可動レンズ群（第３レンズ群Ｇ３に対応）を備えた４群構成のズームレンズでは、負の屈折力を有する可動レンズ群で一度跳ね上げられた軸上光線が、正の屈折力を有する可動レンズ群で収束されるため、第４レンズ群Ｇ４が大型化しにくく市場の要求に合った高変倍比ズームレンズに好適な構成となる。

広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔は常に増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通ることが好ましい。このように構成することで、広角端から望遠端への変倍の際に第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔を常に増大させながら焦点位置を一定に保つ解が得られ、第３レンズ群Ｇ３の横倍率の絶対値を常に増加することができる。そのため、変倍作用を第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３に分担させることができ、高変倍比化に有利となる。なお、図１では、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３それぞれの横倍率が同時に−１倍となる位置を移動軌跡の図中に水平の点線で示している。

このズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズＬ１１および正の屈折力を有する第２レンズＬ１２を物体側から順に接合してなる接合レンズと、正の屈折力を有する第３レンズＬ１３と、負の屈折力を有する第４レンズＬ１４とから実質的になる。

正負の屈折力を、第１レンズＬ１１および第２レンズＬ１２からなる組と、第３レンズＬ１３および第４レンズＬ１４からなる組との２組に分担させることにより、高変倍比ズームレンズであっても望遠端での球面収差と軸上色収差の補正を両立させることができる。第１レンズＬ１１および第２レンズＬ１２を接合することで、接合面の曲率半径の絶対値を小さくでき、色収差の補正に有利となる。また、第１レンズＬ１１をメニスカスレンズとすることで、接合面の曲率半径の絶対値を小さくできるため、第２レンズＬ１２の正の屈折力を適切な範囲にすることが容易となり球面収差を良好に補正することができる。

このズームレンズは下記条件式（１）を満足するように構成される。
−０．８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜０ （１）
ただし、
ｆ１ａ：第１レンズと第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離
ｆ１ｂ：第４レンズの焦点距離

第１レンズＬ１１から第３レンズＬ１３までの合成屈折力と第４レンズＬ１４の屈折力との比を条件式（１）の範囲内に収めることで、望遠端の球面収差を好適に補正することができる。

条件式（１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１−１）を満足することが好ましく、下記条件式（１−２）を満足することがより好ましい。
−０．７＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．２ （１−１）
−０．６＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．３ （１−２）

また、このズームレンズは下記条件式（２）を満足することが好ましい。
−０．０１＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１５ （２）
ただし、
θｇＦ１：第１レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
θｇＦ２：第２レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比

第１レンズ群Ｇ１の接合レンズを構成する第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２の部分分散比の差を条件式（２）の範囲内とすることで、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２で発生する軸上の２次色収差を好適な範囲に調整することが可能となり、望遠端での１次および２次の軸上色収差を良好に補正できる。

条件式（２）に関する効果を高めるためには下記条件式（２−１）を満足することがより好ましく、下記条件式（２−２）を満足することがさらにより好ましい。
−０．００８＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１ （２−１）
０＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．００９ （２−２）

また、このズームレンズは下記条件式（３）を満足することが好ましい。
５＜νｄ２−νｄ１＜４０ （３）
ただし、
νｄ１：第１レンズのｄ線基準のアッベ数
νｄ２：第２レンズのｄ線基準のアッベ数

条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２の接合面の曲率半径の絶対値を小さくすることなく１次の色収差を補正することができる。仮に、第１レンズＬ１１のアッベ数と第２レンズＬ１２のアッベ数との差を適切な範囲にせずに１次の色収差を補正しようとすると、接合面の曲率半径の絶対値を小さくする必要が生じ、そうすると高次の球面収差の増大を招いてしまう。条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、現在実在する光学材料を組合せて２次色収差の増大を抑えながら良好に収差補正することが可能となる。仮に、条件式（３）の上限以上となった場合に現在実在する光学材料を組合せてズームレンズを構成しようとすると、第１レンズＬ１１の部分分散比と第２レンズＬ１２の部分分散比との差が大きくなり２次色収差の増大を招いてしまう。

条件式（３）に関する効果を高めるためには下記条件式（３−１）を満足することがより好ましく、下記条件式（３−２）を満足することがさらにより好ましい。
７＜νｄ２−νｄ１＜３５ （３−１）
１０＜νｄ２−νｄ１＜２５ （３−２）

また、このズームレンズは下記条件式（４）〜（７）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましい。
２．５＜ｆＴ／ｆ１＜４．５ （４）
−５０＜ｆＴ／ｆ２＜−１０ （５）
５＜ｆＴ／ｆ３＜３０ （６）
−１５＜ｆＴ／ｆ４＜３ （７）
ただし、
ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離

条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、全長の短縮に有利となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、望遠端での球面収差の低減に有利となる。条件式（４）に関する効果を高めるためには下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
２．８＜ｆＴ／ｆ１＜４ （４−１）

条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎないようすることができ、変倍の際の球面収差および歪曲収差の変動を抑制できる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、変倍の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑制でき全長の短縮に有利となる。条件式（５）に関する効果を高めるためには下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
−４０＜ｆＴ／ｆ２＜−２０ （５−１）

条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、変倍の際の第３レンズ群Ｇ３の移動量を抑制でき全長の短縮に有利となる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることで、第３レンズ群Ｇ３の正の屈折力が強くなりすぎないようすることができ、変倍の際の球面収差の変動を抑制できる。条件式（６）に関する効果を高めるためには下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
７＜ｆＴ／ｆ３＜２５ （６−１）

条件式（７）の下限以下とならないようにすることで、第３レンズ群Ｇ３が担う正の屈折力が過剰となるのを防ぐことができ、球面収差の抑制に有利となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることで、第４レンズ群Ｇ４の正の屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、主に広角端での球面収差の抑制に有利となる。

条件式（７）に関する効果を高めるためには下記条件式（７−１）を満足することがより好ましく、下記条件式（７−２）を満足することがさらにより好ましい。
−１２＜ｆＴ／ｆ４＜２ （７−１）
−１０＜ｆＴ／ｆ４＜０ （７−２）

なお、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１全体を移動させることにより合焦が行われるように構成してもよい。そのようにした場合は、広角端から望遠端までの変倍全域において、任意の被写体距離に対する合焦の際の第１レンズ群Ｇ１の繰り出し量を変倍比に関わらず同じにすることが可能となり、容易な制御で合焦を行うことができる。

例えば、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負メニスカスレンズおよび両凸レンズを物体側から順に接合してなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、両凹レンズとからなるように構成することができる。

第２レンズ群Ｇ２は例えば３枚または４枚のレンズからなるように構成することができる。第３レンズ群Ｇ３は例えば２枚以上４枚以下のレンズからなるように構成することができる。第４レンズ群Ｇ４は例えば３枚以上５枚以下のレンズからなるように構成することができる。

第４レンズ群Ｇ４は負の屈折力を有するように構成してもよく、そのようにした場合は、主に広角端において第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３で発生する球面収差を良好に補正することが可能となる。あるいは、第４レンズ群Ｇ４は正の屈折力を有するように構成してもよく、そのようにした場合は、バックフォーカスを確保しやすく第４レンズ群Ｇ４の構成レンズ枚数を減らすことが容易となる。

例えば、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなり、第４レンズ群Ｇ４内の最も物体側の負メニスカスレンズとその像側直後の正レンズは第４レンズ群Ｇ４内で最も長い空気間隔を隔てて配置されているように構成してもよい。このように構成した場合は、少ないレンズ枚数でありながら、物体側の２枚のレンズで球面収差および軸上色収差のバランスをとりながらバックフォーカスを確保することができる。また、長い空気間隔を隔てることにより、軸上マージナル光線が低くなり軸外主光線が高くなる最も像側の負メニスカスレンズで球面収差への影響を抑えながら非点収差のバランスを取ることができる。図２、図６、図７、および図１１の例の第４レンズ群Ｇ４が上記構成を有する。

あるいは第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凹レンズおよび正レンズが接合された第１の接合レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズが接合された第２の接合レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなり、第１の接合レンズと第２の接合レンズは第４レンズ群Ｇ４内で最も長い空気間隔を隔てて配置されているように構成してもよい。このように構成した場合は、負レンズと正レンズからなる組を２組離れて配置することで、軸上色収差と倍率色収差のバランスを取ることができる。また、最も像側の負メニスカスレンズで球面収差への影響を抑えながら非点収差のバランスを取ることができる。図１、および図５の例の第４レンズ群Ｇ４が上記構成を有する。

あるいは第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズが接合された第１の接合レンズと、単レンズである正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズが接合された第２の接合レンズとからなり、単レンズである正レンズと第２の接合レンズは第４レンズ群Ｇ４内で最も長い空気間隔を隔てて配置されているように構成してもよい。このように構成した場合は、負レンズと正レンズからなる組を２組離れて配置することで、軸上色収差と倍率色収差のバランスを取ることができる。また、第１の接合レンズと第２の接合レンズの間に正レンズを配置することで、球面収差のバランスを取ることができる。図４の例の第４レンズ群Ｇ４が上記構成を有する。

あるいは第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された接合レンズとからなり、接合レンズとその物体側直前の正レンズは第４レンズ群Ｇ４内で最も長い空気間隔を隔てて配置されているように構成してもよい。このように構成した場合は、負レンズと正レンズの組を２組離れて配置することで、軸上色収差と倍率色収差のバランスを取ることができる。図３、図８、図９、および図１０の例の第４レンズ群Ｇ４が上記構成を有する。

上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、高変倍比を有しながら、望遠端での球面収差と軸上色収差が良好に補正され、高い光学性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「高変倍比」とは変倍比が４０倍以上であることを意味する。

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］
実施例１のズームレンズのレンズ構成は図１に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。実施例１のズームレンズは群構成として、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳｔと、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなり、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔと第４レンズ群Ｇ４とは像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は相互間隔を変化させて移動する構成を採っている。

第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２３からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４５からなる。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に示す。表１のＳｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。表１のＮｄｊの欄には最も物体側の構成要素を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、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示し、θｇＦｊの欄はｊ番目の構成要素のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）とＦ線（波長４８６．１ｎｍ）間の部分分散比を示す。

ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。Ｄｉの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。また、表１では変倍の際に変化する可変面間隔については、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。

表２に、変倍比Ｚｒ、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端、中間焦点距離状態、および望遠端での各値をそれぞれＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、およびＴＥＬＥと表記した欄に示している。表１と表２の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。

各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図１２に実施例１のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図１２ではＷＩＤＥと付した上段に左から順に広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、および倍率色収差（倍率の色収差）を示し、ＭＩＤＤＬＥと付した中段に左から順に中間焦点距離状態での球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示し、ＴＥＬＥと付した下段に左から順に望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、およびｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２のズームレンズのレンズ構成は図２に示したものである。実施例２のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例２では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２３からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４３からなる。実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表３に、諸元と可変面間隔を表４に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１３に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズのレンズ構成は図３に示したものである。実施例３のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例３では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２３からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４４からなる。実施例３のズームレンズの基本レンズデータを表５に、諸元と可変面間隔を表６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１４に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズのレンズ構成は図４に示したものである。実施例４のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例４では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２３からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４５からなる。実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表７に、諸元と可変面間隔を表８に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１５に示す。

［実施例５］
実施例５のズームレンズのレンズ構成は図５に示したものである。実施例５のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例５では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２３からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４５からなる。実施例５のズームレンズの基本レンズデータを表９に、諸元と可変面間隔を表１０に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１６に示す。

［実施例６］
実施例６のズームレンズのレンズ構成は図６に示したものである。実施例６のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例６では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４３からなる。実施例６のズームレンズの基本レンズデータを表１１に、諸元と可変面間隔を表１２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１７に示す。

［実施例７］
実施例７のズームレンズのレンズ構成は図７に示したものである。実施例７のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例７では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４３からなる。実施例７のズームレンズの基本レンズデータを表１３に、諸元と可変面間隔を表１４に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１８に示す。

［実施例８］
実施例８のズームレンズのレンズ構成は図８に示したものである。実施例８のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例８では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４４からなる。実施例８のズームレンズの基本レンズデータを表１５に、諸元と可変面間隔を表１６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１９に示す。

［実施例９］
実施例９のズームレンズのレンズ構成は図９に示したものである。実施例９のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例９では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３２からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４４からなる。実施例９のズームレンズの基本レンズデータを表１７に、諸元と可変面間隔を表１８に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図２０に示す。

［実施例１０］
実施例１０のズームレンズのレンズ構成は図１０に示したものである。実施例１０のズームレンズの群構成は実施例１のものと同様である。実施例１０では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３４からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４４からなる。実施例１０のズームレンズの基本レンズデータを表１９に、諸元と可変面間隔を表２０に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図２１に示す。

［実施例１１］
実施例１１のズームレンズのレンズ構成は図１１に示したものである。実施例１１のズームレンズの群構成は、第４レンズ群Ｇ４が正の屈折力を有する点以外は実施例１のものと同様である。実施例１１では、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に第１レンズＬ１１〜第４レンズＬ１４からなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４からなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３からなり、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４３からなる。実施例１１のズームレンズの基本レンズデータを表２１に、諸元と可変面間隔を表２２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図２２に示す。

表２３に実施例１〜１１のズームレンズの条件式（１）〜（７）の対応値を示す。条件式（２）の対応値を除き表２３に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜１１のズームレンズは、変倍比が５７．６倍あり高い変倍比を有し、望遠端での球面収差と軸上色収差を含む各収差が良好に補正されて、高い光学性能が実現されている。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図２３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係るズームレンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、監視カメラ、ビデオカメラ、または電子スチルカメラ等を挙げることができる。

撮像装置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フィルタ７と、ズームレンズによって結像される被写体の像を撮像する撮像素子８と、撮像素子８からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、ズームレンズ１の変倍を行うための変倍制御部５と、ズームレンズ１の合焦を行うためのフォーカス制御部６とを備える。なお、図２３では各レンズ群を概念的に図示している。撮像素子８は、ズームレンズ１により形成された被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面はズームレンズ１の像面に一致するように配置される。撮像素子８としては例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。なお、図２３では１つの撮像素子８のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。

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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数等は、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。

１ ズームレンズ
２ｗ、２ｔ 軸上光束
３ｗ、３ｔ 最大画角の軸外光束
４ 信号処理部
５ 変倍制御部
６ フォーカス制御部
７ フィルタ
８ 撮像素子
１０ 撮像装置
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
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｌ１１ 第１レンズ
Ｌ１２ 第２レンズ
Ｌ１３ 第３レンズ
Ｌ１４ 第４レンズ
Ｌ２１〜Ｌ２４、Ｌ３１〜Ｌ３４、Ｌ４１〜Ｌ４５ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (19)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、絞りと、第４レンズ群とから実質的になり、
   変倍の際に、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群は像面に対して固定されており、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は光軸方向の相互間隔が異なるように移動し、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズおよび正の屈折力を有する第２レンズを物体側から順に接合してなる接合レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとから実質的になり、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   −０．８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜０ （１）
   ただし、
   ｆ１ａ：前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズとの合成焦点距離
   ｆ１ｂ：前記第４レンズの焦点距離
2. 下記条件式（２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
   −０．０１＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１５ （２）
   ただし、
   θｇＦ１：前記第１レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
   θｇＦ２：前記第２レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
3. 下記条件式（３）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
   ５＜νｄ２−νｄ１＜４０ （３）
   ただし、
   νｄ１：前記第１レンズのｄ線基準のアッベ数
   νｄ２：前記第２レンズのｄ線基準のアッベ数
4. 広角端から望遠端への変倍の際に、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は常に増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通る請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 下記条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ２．５＜ｆＴ／ｆ１＜４．５ （４）
   ただし、
   ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
6. 下記条件式（５）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
   −５０＜ｆＴ／ｆ２＜−１０ （５）
   ただし、
   ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
7. 下記条件式（６）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ５＜ｆＴ／ｆ３＜３０ （６）
   ただし、
   ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
   ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
8. 下記条件式（７）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
   −１５＜ｆＴ／ｆ４＜３ （７）
   ただし、
   ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
   ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
9. 前記第４レンズ群は負の屈折力を有する請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 前記第４レンズ群は正の屈折力を有する請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
11. 前記第１レンズ群全体を移動させることにより合焦が行われる請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
12. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
    −０．７＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．２ （１−１）
13. 下記条件式（２−１）を満足する請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
    −０．００８＜θｇＦ２−θｇＦ１＜０．０１ （２−１）
    ただし、
    θｇＦ１：前記第１レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
    θｇＦ２：前記第２レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
14. 下記条件式（３−１）を満足する請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ７＜νｄ２−νｄ１＜３５ （３−１）
    ただし、
    νｄ１：前記第１レンズのｄ線基準のアッベ数
    νｄ２：前記第２レンズのｄ線基準のアッベ数
15. 下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１４のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ２．８＜ｆＴ／ｆ１＜４ （４−１）
    ただし、
    ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
    ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
16. 下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１５のいずれか１項記載のズームレンズ。
    −４０＜ｆＴ／ｆ２＜−２０ （５−１）
    ただし、
    ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
    ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
17. 下記条件式（６−１）を満足する請求項１から１６のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ７＜ｆＴ／ｆ３＜２５ （６−１）
    ただし、
    ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
    ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
18. 下記条件式（７−１）を満足する請求項１から１７のいずれか１項記載のズームレンズ。
    −１２＜ｆＴ／ｆ４＜２ （７−１）
    ただし、
    ｆＴ：望遠端での全系の焦点距離
    ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
19. 請求項１から１８のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。