JP2018132731A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比、小型化、軽量化、および高性能が達成されたズームレンズ、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、変倍時に不動の正の第１レンズ群Ｇ１、変倍時に移動する第２レンズ群Ｇ２、後続レンズ群ＧＲからなる。第１レンズ群Ｇ１は最も物体側に負レンズを有する。後続レンズ群ＧＲは、最も像側から順に連続して、変倍時に不動の正の最終レンズ群Ｇｅ、変倍時に移動する正レンズ群Ｇｐ、絞り、変倍時に移動する負レンズ群Ｇｎを有する。絞りは変倍時に正レンズ群Ｇｐと一体的に移動する。絞りは、広角端から望遠端への変倍の際、まず物体側に移動した後に移動方向を反転させる。所定の条件式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等の電子カメラに好適なズームレンズ、ならびに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、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ等において、小型軽量で変倍比の高いズームレンズが求められている。このような要望を満たすレンズ系として、最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍時にレンズ系全長を不変としたタイプのズームレンズが知られている。例えば、下記特許文献１〜３には上記タイプのズームレンズが記載されている。

特開２０１６−０７１１４０号公報 特許第５８４１２７０号公報 特許第５５３９０６２号公報

上記カメラでは、機動性および操作性を重視した撮影形態に対応するため、より小型化および軽量化が進んだものが求められている。しかし、上記カメラに搭載されるズームレンズでは、変倍比を高くする際に、最も物体側のレンズ群が大きく重くなる傾向があった。最も物体側のレンズ群はレンズ系全体に対し多くの重量を占めるため、このレンズ群を小さくすることが望まれる。すなわち、上記カメラに必要とされる変倍比を確保しながら、小型化および軽量化を図ることが望まれている。また、近年ではズームレンズと組み合わせて使用される撮像素子の画素数が増加してきていることから、より高度に収差補正されたズームレンズが求められている。

しかしながら、特許文献１に記載のレンズ系は、近年の要望に比して、レンズ系全長が長く、また、最も物体側のレンズ群の外径が大きいため、軽量化が容易ではないという不都合がある。特許文献２に記載のレンズ系もまた、近年の要望に比して、レンズ系全長が長く、最も物体側のレンズ群の厚みおよび外径が大きいため、軽量化が容易ではないという不都合がある。特許文献３に記載のレンズ系は、プロジェクション用途を想定したものであるため、変倍比が低いという不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、高変倍比を確保しながら、小型化および軽量化が図られ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されたズームレンズ、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。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ向かって順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する後続レンズ群とからなり、第１レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを有し、第１レンズ群の最も物体側には負レンズが配置され、後続レンズ群は、最も像側から物体側へ向かって順に連続して、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、変倍時に移動する正レンズ群と、この正レンズ群と変倍時に一体的に移動する絞りと、変倍時に絞りとの光軸方向の間隔を変化させて移動する負レンズ群とを有し、絞りは、広角端から望遠端へ変倍する際、光軸に沿ってまず物体側に移動した後に移動方向を像側に反転させ、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から第１レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤＧ１、絞りが移動方向を反転させる時の状態を第１中間焦点距離状態とした場合の広角端から第１中間焦点距離状態までの絞りの光軸方向の移動量をＤｗｍ１としたとき、
３＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜６ （１）
で表される条件式（１）を満足することを特徴とする。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
３．５＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜５．５ （１−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第１レンズ群の最も物体側の負レンズの焦点距離をｆＬ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
−０．８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６ （２）
−０．７８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６２ （２−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の最も物体側の負レンズのｄ線に対する屈折率をＮＬ１、第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均をＮａｖｅ１ｐとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．１１＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２６ （３）
０．１５＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２４ （３−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１中間焦点距離状態での全系の焦点距離をｆｍ１、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
ｆｗ＜ｆｍ１＜（ｆｗ×ｆｔ）^１／２
の関係を満足することが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と最も像側のレンズ面から像面までの光軸上の空気換算距離との和をＴＬ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
１＜ＴＬ／ｆｔ＜１．６ （４）
１．２＜ＴＬ／ｆｔ＜１．５６ （４−１）

本発明のズームレンズにおいては、広角端での負レンズ群と正レンズ群と最終レンズ群との合成焦点距離をｆｒｗ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
４．５＜ｆｒｗ／ｆｗ＜６ （５）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群内の一部のレンズを移動させることにより合焦が行われることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、負レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズとからなることが好ましい。その際に、負レンズ群の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、負レンズ群の正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
１０＜νｎ−νｐ＜２５ （６）
１５＜νｎ−νｐ＜２０ （６−１）

本発明のズームレンズにおいては、絞りは、第１中間焦点距離状態から望遠端へ変倍する際、光軸に沿ってまず像側に移動した後に移動方向を物体側に反転させることが好ましい。そのようにした場合、絞りが移動方向を像側から物体側に反転させる時の全系の焦点距離をｆｍ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜ｆｍ２＜ｆｔ
の関係を満足することが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群は３枚以上の正レンズを有することが好ましい。

本発明のズームレンズは、絞りと、変倍時に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つまたは６つのレンズ群とからなるように構成してもよい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅ１ｐとしたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
６７＜νａｖｅ１ｐ＜９０ （７）

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、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」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、フィルタ、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、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていて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〜群」および「正レンズ群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に、上記の「負の屈折力を有する〜群」および「負レンズ群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。上記の「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。上記のレンズ群の屈折力の符号およびレンズの屈折力の符号は、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。上記条件式は全て、無限遠物体に合焦した状態で、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ（ナノメートル））を基準としたものである。

本発明によれば、物体側から順に、変倍時に不動の正の第１レンズ群と、変倍時に移動する負の第２レンズ群と、後続レンズ群とからなるズームレンズにおいて、後続レンズ群の構成、絞りの位置、および絞りの変倍時の移動方向を好適に設定し、所定の条件式を満足することにより、高変倍比を確保しながら、小型化および軽量化が図られ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されたズームレンズ、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のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例１のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における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。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

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に本発明の一実施形態に係るズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を示し、図２にこのズームレンズの各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を示す。図１および図２に示す例は後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１および図２では、紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、いずれも無限遠物体に合焦した状態を示している。

図１では、各レンズ群の下に広角端から望遠端へ変倍する時の各レンズ群の移動軌跡を模式的に矢印で示している。なお、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されているレンズ群の下には直線の矢印を描いている。

図２では、「広角端」と付した最上段に広角端状態を示し、「第１中間」と付した上から２つ目の段に第１中間焦点距離状態を示し、「第２中間」と付した上から３つ目の段に第２中間焦点距離状態を示し、「望遠端」と付した最下段に望遠端状態を示している。広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、望遠端状態の順に、全系の焦点距離が長くなっている。第１中間焦点距離状態と第２中間焦点距離状態の定義については後で詳述する。図２では光束として軸上光束および最大画角の光束を各状態に記入している。

このズームレンズを撮像装置に適用する際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタ、プリズム、および／または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図１では、これらを想定した入射面と出射面が平行の光学部材ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。図１の光学部材ＰＰは３つの部材からなるが、光学部材ＰＰを構成する部材の数は図１のものに限定されないし、本発明においては光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

このズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に光軸方向に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、後続レンズ群ＧＲとからなる。第１レンズ群Ｇ１は少なくとも１枚の正レンズを有し、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側には負レンズＬ１が配置されるように構成される。後続レンズ群ＧＲは、最も像側から物体側へ向かって順に連続して、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｅと、変倍時に光軸方向に移動する正レンズ群Ｇｐと、開口絞りＳｔと、変倍時に光軸方向に移動する負レンズ群Ｇｎとを有するように構成される。変倍時に、第２レンズ群Ｇ２と後続レンズ群ＧＲとの光軸方向の間隔が変化し、正レンズ群Ｇｐと負レンズ群Ｇｎとの光軸方向の間隔が変化する。

上記構成を採ることによって、高変倍比を確保しつつレンズ系全長を短くすることができる。主な変倍作用を有する第２レンズ群Ｇ２とは別に、負レンズ群Ｇｎを変倍時に移動させることによって変倍における像面Ｓｉｍの補正を行い、さらに正レンズ群Ｇｐを移動させることによって変倍時の球面収差の変動および像面湾曲の変動を補正することができる。レンズ系全体の重量の最も多くを占める第１レンズ群Ｇ１を変倍時に固定されるように構成することによって、変倍時のレンズ系の重心の変動を小さくすることができ、撮影時の利便性を高めることができる。また、最も像側に変倍時に固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｅを配置することによって、この最終レンズ群Ｇｅ近傍に全系の焦点距離を伸ばすことができるエクステンダーを挿脱可能に配置することが容易となる。

第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に負レンズＬ１を配置することによって、負レンズＬ１より像側のレンズへの軸外光線の入射角を抑えることができ、広角化に有利となる。なお、第１レンズ群Ｇ１は３枚以上の正レンズを有することが好ましく、このようにした場合は、球面収差および非点収差の顕著な発生を抑制することができる。

図１に示す例のズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、負レンズ群Ｇｎ、開口絞りＳｔ、正レンズ群Ｇｐ、および最終レンズ群Ｇｅからなる５群構成を採っている。後続レンズ群ＧＲは、負レンズ群Ｇｎ、開口絞りＳｔ、正レンズ群Ｇｐ、および最終レンズ群Ｇｅから構成されている。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または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。

このズームレンズでは、開口絞りＳｔを負レンズ群Ｇｎと正レンズ群Ｇｐの間に配置しており、これによって、第１レンズ群Ｇ１および最終レンズ群Ｇｅにおける軸外光束の径方向の高さを低く抑えることができ、小型化に有利となる。

また、このズームレンズでは、開口絞りＳｔは、変倍時に正レンズ群Ｇｐと一体的に移動するように構成される。図１では開口絞りＳｔと正レンズ群Ｇｐの移動軌跡は同一の矢印で示している。開口絞りＳｔは、広角端から望遠端へ変倍する際、光軸Ｚに沿ってまず物体側に移動した後に移動方向を像側に反転させるように構成されている。この開口絞りＳｔが物体側から像側に移動方向を反転する時の状態を第１中間焦点距離状態と称する。図１では移動軌跡上に第１中間焦点距離状態に対応する点をｍ１として図示している。

図２からわかるように第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズにおける軸外主光線の高さは、広角端および第１中間焦点距離状態では高く、第２中間焦点距離状態では低くなり望遠端ではさらに低い。そこで、上記のように広角端から第１中間焦点距離状態までは開口絞りＳｔを物体側に移動させることによって、軸外主光線の高さが高いズーム範囲で開口絞りＳｔを第１レンズ群Ｇ１に近づけることができ、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を抑えることができるため、軽量化に有利となる。なお、開口絞りＳｔが物体側に寄りすぎると収差補正が困難になってくるため、第１中間焦点距離状態で開口絞りＳｔの移動方向を反転させることによって、軽量化と良好な収差補正をバランス良く両立させることができる。

さらに、開口絞りＳｔは、第１中間焦点距離状態から望遠端へ変倍する際、光軸Ｚに沿ってまず像側に移動した後に移動方向を物体側に反転させるように構成することが好ましい。このようにした場合は、望遠側の球面収差の発生を抑制することができる。図１に示す例では、開口絞りＳｔはこのように移動している。この開口絞りＳｔが像側から物体側に移動方向を反転する時の状態を第２中間焦点距離状態と称する。図１では移動軌跡上に第２中間焦点距離状態に対応する点をｍ２として図示している。

すなわち、図１に示す例では、開口絞りＳｔは、広角端から第１中間焦点距離状態までは物体側に移動し、第１中間焦点距離状態から第２中間焦点距離状態までは像側に移動し、第２中間焦点距離状態から望遠端までは物体側に移動している。

特に第１レンズ群Ｇ１の中でも像側に配置されるレンズを通過する軸外主光線の高さが高くなりがちなズームの状態は広角端寄りである。そこでこのズームの状態での光線高さを低く抑えるために、第１中間焦点距離状態は広角側に設定すると効果的である。これらのことから、第１中間焦点距離状態での全系の焦点距離をｆｍ１、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
ｆｗ＜ｆｍ１＜（ｆｗ×ｆｔ）^１／２
の関係を満足することが好ましい。

開口絞りＳｔを像側に保つことによって変倍時のＦナンバーの変動を抑えやすくなるが、球面収差の補正が難しくなってくる。そこで、なるべく変倍時のＦナンバーの変動を小さくしつつ、球面収差の発生を抑制するために、第２中間焦点距離状態を望遠側に設定することが有効である。これらのことから、第２中間焦点距離状態での全系の焦点距離をｆｍ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜ｆｍ２＜ｆｔ
の関係を満足することが好ましい。

このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面から第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤＧ１、広角端から第１中間焦点距離状態までの開口絞りＳｔの光軸方向の移動量をＤｗｍ１としたとき、下記条件式（１）を満足するように構成されている。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１内のレンズ構成を確保して、球面収差および非点収差の発生を抑制することができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１の光軸方向の厚みを小さくできる。また、条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、開口絞りＳｔを第１レンズ群Ｇ１に近づけることができるので、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を抑えることができる。これらのことから第１レンズ群Ｇ１の軽量化に有利となる。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）を満足することがより好ましい。
３＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜６ （１）
３．５＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜５．５ （１−１）

また、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズＬ１の焦点距離をｆＬ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑制することができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１内の各レンズの曲率半径の絶対値を大きくすることができ、レンズの肥大化を抑えて軽量化することができる。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い。
−０．８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６ （２）
−０．７８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６２ （２−１）

また、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズＬ１のｄ線に対する屈折率をＮＬ１、第１レンズ群Ｇ１の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均をＮａｖｅ１ｐとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズＬ１の曲率半径の絶対値を大きくすることができ、レンズの肥大化を抑えて軽量化することができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑制することができる。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い。
０．１１＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２６ （３）
０．１５＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２４ （３−１）

また、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と最も像側のレンズ面から像面までの光軸上の空気換算距離との和をＴＬ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、望遠端で小さなＦナンバーを確保することに有利となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、小型化に有利となる。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。
１＜ＴＬ／ｆｔ＜１．６ （４）
１．２＜ＴＬ／ｆｔ＜１．５６ （４−１）

また、このズームレンズは、広角端での負レンズ群Ｇｎと正レンズ群Ｇｐと最終レンズ群Ｇｅとの合成焦点距離をｆｒｗ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、レンズ系の中でも像側に配置される部分の合成屈折力が強くなりすぎるのを防ぎ、球面収差および非点収差の発生を抑制することができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ系の中でも像側に配置される部分の合成屈折力を確保し、バックフォーカスが必要以上に伸長するのを防ぎ、レンズ系全長を抑えることができる。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。
４．５＜ｆｒｗ／ｆｗ＜６ （５）
５＜ｆｒｗ／ｆｗ＜５．５ （５−１）

また、負レンズ群Ｇｎは、物体側から順に、負レンズと、正レンズとからなるように構成することが好ましい。負レンズ群Ｇｎは発散光の途中に配置することになりがちなため、この順番で配置した場合は、球面収差および非点収差の発生を抑制することができる。その際に、負レンズ群Ｇｎが、物体側から順に、両凹レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとからなるように構成した場合は、球面収差および非点収差の発生をより良好に抑制することができる。また、変倍時に移動する負レンズ群Ｇｎを負レンズおよび正レンズからなる２枚構成とすることによって、良好な収差補正と軽量化を両立させることに有利となる。

上記のように負レンズ群Ｇｎが物体側から順に、負レンズと、正レンズとからなる場合、負レンズ群Ｇｎの負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、負レンズ群Ｇｎの正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、広角側での軸上色収差の補正に有利となる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、望遠側での軸上色収差の補正に有利となる。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。
１０＜νｎ−νｐ＜２５ （６）
１５＜νｎ−νｐ＜２０ （６−１）

また、第１レンズ群Ｇ１における色収差補正を考慮すると、第１レンズ群Ｇ１の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅ１ｐとしたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）を満足することによって、青色側の軸上色収差を抑制しつつ、倍率色収差をバランス良く抑えるのに好適なものとなる。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い。
６７＜νａｖｅ１ｐ＜９０ （７）
７０＜νａｖｅ１ｐ＜８６ （７−１）

また、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１内の一部のレンズを合焦用レンズとして光軸方向に移動させることにより合焦を行うように構成することが好ましい。このようにした場合は、合焦用レンズの移動量の変倍状態による差を小さくすることができ、撮影時の利便性が高いズームレンズとすることができる。また、第１レンズ群Ｇ１内の一部のレンズのみを合焦用レンズとした場合は、第１レンズ群Ｇ１内の全レンズを合焦用レンズとする場合に比べ、駆動系の負担を軽減できる。なお、合焦用レンズが複数のレンズからなる場合は、合焦用レンズを構成する全レンズを一体的に移動させて合焦を行ってもよく、あるいは、合焦用レンズを複数のサブレンズ群に分けてこれら複数のサブレンズ群を互いに異なる軌跡で移動させて合焦を行ってもよい。

なお、本発明においては、後続レンズ群ＧＲが有するレンズ群の数は図１の例と異なる数であってもよく、各レンズ群を構成するレンズの枚数は図１に示す例と異なる枚数であってもよい。本発明のズームレンズは、例えば、開口絞りＳｔと、変倍時に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つまたは６つのレンズ群からなるように構成することができる。このようにした場合は、レンズ系全長を短くしながら、高変倍比を確保し、ズーム全域で諸収差を良好に補正することが容易となる。

なお、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、小型化および軽量化が図られ、高変倍比を確保しながら、諸収差が良好に補正されて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「高い変倍比」とは１５倍以上の変倍比を意味する。

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のズームレンズの構成は図１および図２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一部省略する。実施例１のズームレンズは、５群構成であり、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、負レンズ群Ｇｎと、開口絞りＳｔと、正レンズ群Ｇｐと、正の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｅとからなる。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と最終レンズ群Ｇｅは像面Ｓｉｍに対して固定されており、その他のレンズ群は隣り合う群との光軸方向の間隔が変化するように移動し、開口絞りＳｔは正レンズ群Ｇｐと一体的に移動する。第１レンズ群Ｇ１の像側から１〜３番目のレンズからなる３枚のレンズが合焦用レンズである。第１レンズ群Ｇ１の像側から２〜３番目のレンズからなる第１サブレンズ群と、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズからなる第２サブレンズ群とが、合焦時に互いに異なる軌跡で移動する。

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、非球面係数を表３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（ナノメートル））に対する屈折率を示し、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の欄にはｊ番目の構成要素のｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））とＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））間の部分分散比を示す。なお、あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線、Ｆ線、およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））に対するそのレンズ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。

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（Ｓｔ）という語句も記入している。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。表１では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、広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端状態の各値をそれぞれ広角端、第１中間、第２中間、および望遠端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。

また、表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、実施例１の各非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝４、６、８、…）の値である。

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
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数

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（ミリメートル）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９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９では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図９では広角端と付した最上段に広角端状態のものを示し、第１中間と付した上から２つ目の段に第１中間焦点距離状態のものを示し、第２中間と付した上から３つ目の段に第２中間焦点距離状態のものを示し、望遠端と付した最下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））、およびｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））における収差をそれぞれ黒の実線、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線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線におけ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線におけ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を図３および図４に示す。実施例２のズームレンズは、６群構成であり、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、負レンズ群Ｇｎと、開口絞りＳｔと、正レンズ群Ｇｐと、正の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｅとからなる。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と最終レンズ群Ｇｅは像面Ｓｉｍに対して固定されており、その他のレンズ群は隣り合う群との光軸方向の間隔が変化するように移動し、開口絞りＳｔは正レンズ群Ｇｐと一体的に移動する。第１レンズ群Ｇ１の像側から１〜３番目のレンズからなる３枚のレンズが合焦用レンズである。第１レンズ群Ｇ１の像側から２〜３番目のレンズからなる第１サブレンズ群と、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズからなる第２サブレンズ群とが、合焦時に互いに異なる軌跡で移動する。以上が実施例２のズームレンズの概略構成である。

実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表４に、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１０に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズのレンズ構成を図５および図６に示す。実施例３のズームレンズの概略構成は実施例２のものと同様である。実施例３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、非球面係数を表９に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１１に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズのレンズ構成を図７および図８に示す。実施例４のズームレンズの概略構成は実施例２のものと同様である。実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表１０に、諸元と可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１２に示す。

表１３に実施例１〜４のズームレンズの条件式（１）〜（６）の対応値と、ｆｗ、ｆｍ１、（ｆｗ×ｆｔ）^１／２、ｆｍ２、ｆｔの各値を示す。表１３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１〜４のズームレンズは、変倍比が２２．２であり高変倍比が確保され、小型化および軽量化が達成され、ズーム全域で諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

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１３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、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、または監視用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２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図１３では、ズームレンズ１が備える第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、負レンズ群Ｇｎ、開口絞りＳｔ、正レンズ群Ｇｐ、最終レンズ群Ｇｅを概略的に図示している。ただし、図１３のズームレンズ１が有するレンズ群の数は一例であり、本発明の撮像装置は図１３の例とは異なる数のレンズ群で構成することも可能である。

撮像素子３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）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子３は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

撮像装置１０はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、ズームレンズ１の変倍を制御するズーム制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御するフォーカス制御部８とを備えている。なお、図１３では１つの撮像素子３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、アッベ数、および非球面係数は、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
２ フィルタ
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ ズーム制御部
８ フォーカス制御部
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
ＧＲ 後続レンズ群
Ｇｅ 最終レンズ群
Ｇｎ 負レンズ群
Ｇｐ 正レンズ群
Ｌ１ 負レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (20)

1. 物体側から像側へ向かって順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に該第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する後続レンズ群とからなり、
   前記第１レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを有し、前記第１レンズ群の最も物体側には負レンズが配置され、
   前記後続レンズ群は、最も像側から物体側へ向かって順に連続して、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、変倍時に移動する正レンズ群と、変倍時に該正レンズ群と一体的に移動する絞りと、変倍時に該絞りとの光軸方向の間隔を変化させて移動する負レンズ群とを有し、
   前記絞りは、広角端から望遠端へ変倍する際、光軸に沿ってまず物体側に移動した後に移動方向を像側に反転させ、
   前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤＧ１、前記絞りが移動方向を反転させる時の状態を第１中間焦点距離状態とした場合の広角端から該第１中間焦点距離状態までの前記絞りの光軸方向の移動量をＤｗｍ１としたとき、
   ３＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜６ （１）
   で表される条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群の最も物体側の前記負レンズの焦点距離をｆＬ１としたとき、
   −０．８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６ （２）
   で表される条件式（２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群の最も物体側の前記負レンズのｄ線に対する屈折率をＮＬ１、前記第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均をＮａｖｅ１ｐとしたとき、
   ０．１１＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２６ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
4. 前記第１中間焦点距離状態での全系の焦点距離をｆｍ１、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
   ｆｗ＜ｆｍ１＜（ｆｗ×ｆｔ）^１／２
   の関係を満足する請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と最も像側のレンズ面から像面までの光軸上の空気換算距離との和をＴＬ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
   １＜ＴＬ／ｆｔ＜１．６ （４）
   で表される条件式（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。
6. 広角端での前記負レンズ群と前記正レンズ群と前記最終レンズ群との合成焦点距離をｆｒｗ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
   ４．５＜ｆｒｗ／ｆｗ＜６ （５）
   で表される条件式（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。
7. 前記第１レンズ群内の一部のレンズを移動させることにより合焦が行われる請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 前記負レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズとからなる請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 前記負レンズ群の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、前記負レンズ群の前記正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、
   １０＜νｎ−νｐ＜２５ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項８記載のズームレンズ。
10. 前記絞りは、前記第１中間焦点距離状態から望遠端へ変倍する際、光軸に沿ってまず像側に移動した後に移動方向を物体側に反転させる請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
11. 前記絞りが移動方向を像側から物体側に反転させる時の全系の焦点距離をｆｍ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
    （ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜ｆｍ２＜ｆｔ
    の関係を満足する請求項１０記載のズームレンズ。
12. 前記第１レンズ群は３枚以上の正レンズを有する請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
13. 前記絞りと、変倍時に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つまたは６つのレンズ群とからなる請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
14. 前記第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅ１ｐとしたとき、
    ６７＜νａｖｅ１ｐ＜９０ （７）
    で表される条件式（７）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。
15. ３．５＜ＤＧ１／Ｄｗｍ１＜５．５ （１−１）
    で表される条件式（１−１）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
16. −０．７８＜ｆ１／ｆＬ１＜−０．６２ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
17. ０．１５＜ＮＬ１−Ｎａｖｅ１ｐ＜０．２４ （３−１）
    で表される条件式（３−１）を満足する請求項３記載のズームレンズ。
18. １．２＜ＴＬ／ｆｔ＜１．５６ （４−１）
    で表される条件式（４−１）を満足する請求項５記載のズームレンズ。
19. １５＜νｎ−νｐ＜２０ （６−１）
    で表される条件式（６−１）を満足する請求項９記載のズームレンズ。
20. 請求項１から１９のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。