JP4656453B2

JP4656453B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP4656453B2
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Inventors: 裕貴山野
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Description

本発明は、新規なズームレンズおよび撮像装置に関する。詳しくは、高いズーム倍率を持ち、さらには撮影画角の十分な広角化が可能な、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、あるいは監視カメラ等に適したズームレンズ、およびこのズームレンズを使用した撮像装置に関するものである。

近年、デジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっており、ユーザのデジタルカメラに対する要望も多岐にわたっている。高画質化、小型化、薄型化は言うまでもなく、さらに近年では撮影レンズの高倍率化や広角化への要望も非常に大きくなってきている。

一般に、ズームレンズとして、最も物体側のレンズ群が正の屈折力を有する、ポジティブリードタイプのズームレンズは、ズーム倍率を大きくできる利点があるため、例えばズーム倍率が４倍を超えるような高倍率ズームレンズに適したタイプとして多く用いられている。

特に、ポジティブリードタイプのコンパクトなズームレンズとして、物体側より順に、正、負、正、正の屈折力を有する４つのレンズ群より成る、４群ズームレンズがよく知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。

特開２００６−２３５２９号公報特開２００５−３３８７４０号公報特許第３９７７１５０号明細書特開２００６−３０８９５７号公報

しかし、従来技術による正・負・正・正タイプのズームレンズとして、特許文献１〜４のようなものが存在しているが、特許文献１〜３については十分な高倍率化を達成できていない。また、一般的に広角化を図る際に、前玉レンズ外径が大型化しやすい特性をもつズームタイプでもあるため、特許文献１〜３のすべてにおいて、撮影画角の十分な広角化と小型化を実現するには至っていない。

さらに、光学系の広角化・高倍率化には良好な収差補正を行う必要があるため、レンズ枚数を多く使うことが通常である。高倍率化と広角化を図ったズームレンズが特許文献４で紹介されているが、上記理由のために第１レンズ群のレンズ枚数が増加し、光学系サイズの十分な小型化の実現には至っていない。

したがって、特にカメラ非使用時（非撮影時）にレンズを沈胴させて収納性を図った沈胴式ズームレンズにおいては、レンズ枚数を削減して沈胴時のカメラ厚みを薄くすることが極めて困難となるため、高倍率化、広角化と同時に、上記課題を克服した小型・軽量のズームレンズの開発が強く要請される。

また、固体撮像素子を用いた撮像装置には像側がテレセントリックに近いズームレンズが像面照度を均一にすることができるので望ましい。このようなズームレンズとしては最も像側のレンズ群が正の屈折力のズームレンズが適している。

本発明は、高倍率でありながら、コンパクトで全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、さらには撮影画角の十分な広角化が可能な、撮像手段として固体撮像素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズ、およびそれを搭載した撮像装置を得ることを目的とする。

本発明によるズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群、負の屈折力を持つ第２レンズ群、正の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから成り、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群が第２レンズ群との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群が物体側に移動するズームレンズにおいて、第１レンズ群は物体側から順に正レンズと負レンズとを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズのみで構成され、第１レンズ群を構成している正レンズが両凸レンズであり、第２レンズ群が、物体側から順に、負・負・正の順に配置された３枚のレンズで構成され、第４レンズ群が１枚の正レンズにより構成され、第４レンズ群を光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行い、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足するものである。
（１）２５＜ν_d11−ν_d12＜５０
（２）７．０＜ｆ１／ＩＨ＜１４
（３）２．２＜ｆ１／√(ｆｗ・ｆｔ)＜３．６
ただし、
ν_d11：第１レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d12：第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離

このような本発明では、第1レンズ群を上記のような接合レンズのみの構成にすることにより、レンズ群の厚みを薄くできる。また、上記条件式（１）を満たすことで、ズーム倍率全域において色収差補正を良好にできる。また、上記条件式（２）、（３）を満たすことで、第１レンズ群を接合レンズのみの簡素で小型な構成にしながらも、光学系の高倍率化と小型化を実現することができる。さらに、フォーカシングを１枚のレンズによって構成された第４レンズ群で行うことにより、フォーカスレンズユニットを小型化することが可能になる上、フォーカスアクチュエーターの負荷軽減と省電力化にも利点がある。

本発明によれば、高倍率でありながら、コンパクトで全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、さらには撮影画角の十分な広角化が可能なズームレンズ、およびそれを搭載した撮像装置を得ることが可能となる。

以下に、本発明ズームレンズおよび撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。

＜ズームレンズ＞
本実施形態に係るズームレンズは、上記した課題を解決するために、次のようなレンズ構成となる。すなわち、物体側より順に、正の焦点距離を持つ第１レンズ群、負の焦点距離の第２レンズ群、正の焦点距離の第３レンズ群、正の焦点距離の第４レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングを各群の空気間隔を変化させて行う、高倍率かつ広画角のコンパクトなズームレンズである。

具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群が第２レンズ群との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群が物体側に移動する。これにより光学系の小型化と同時に高いズーム倍率も実現できる。

なお、第４レンズ群についてもズーミングの際に可動にしても良い。特に、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第４レンズ群を一旦物体側に移動したあとに像側に戻るように移動させると変倍作用がさらに高くなる上、光学全長の小型化を図ることも可能となる。

また、絞り等のＦナンバーを決定する部材は第３レンズ群に配置し、ズーミングの際も第３レンズ群と一体で移動する。また、第３レンズ群は、光軸に対して垂直方向に移動することで像振れ（いわゆる手振れ）を補正する。

本実施形態に係るズームレンズは、第１レンズ群が物体側から順に正レンズと負レンズとを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズのみで構成され、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。

（１）２５＜ν_d11−ν_d12＜５０
ただし、
ν_d11：第１レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d12：第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
とする。

第１レンズ群を上記のような接合レンズのみの構成にすることにより、レンズ群の厚みを薄くすることが可能となり、それにより沈胴時におけるカメラサイズを小型化することができる。また、２枚のレンズを接合することにより、ズームレンズ製造時におけるレンズの取り付け誤差を限りなく小さくすることが可能となり、さらにはレンズ枠の構造を簡素化することもできる。これにより、小型化、薄型化に加えて、同時に光学系性能の高性能化とコストダウンを図ることも可能となる。

条件式（１）は、第１レンズ群を構成している接合レンズにおける正レンズの材料のアッベ数と負レンズの材料のアッベ数との差を規定する式である。条件式（１）の下限を超えてレンズの材料を選定すると色収差を補正することが困難となる。

特に、広角側のズーム領域における軸外色収差と望遠側のズーム領域における軸上色収差が大きく発生するため画像劣化を招く。それに加えて、条件式（１）の下限を超えると、ν_d11の値が小さくなるか、ν_d12の値が大きくなってしまうが、前者の場合は、特に広角化と高倍率化とを図る際に正レンズで発生する色収差が大きくなってしまう。また、後者の場合は負レンズにおける色収差補正を良好に行うことが困難となる。

一方、条件式（１）の上限を超えて第１レンズ群の接合レンズを構成した場合、負レンズの材料のアッベ数が小さくなりすぎるので好ましくない。一般的に、アッベ数の小さい硝材は分散と同時に部分分散も大きくなるため、特に高変倍のズームレンズにおいては望遠側の２次スペクトルが増大しやすくなる。

本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群を構成している正レンズが両凸レンズで構成されている。第１レンズ群を構成している正レンズを両凸レンズにすることで、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面で発生する色収差を、接合レンズ面で良好に補正することが可能となる。最良の実施形態としては、第１レンズ群の正レンズの曲率を以下の条件式（１３）〜（１４）を満足するように構成するとなお良い。

（１３）３．０＜Ｒ１１／ＩＨ＜７．０
（１４）（ＩＨ×１００）／｜Ｒ１２|＜４．０
ただし、
Ｒ１１：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
Ｒ１２：第１レンズ群内の接合レンズ面の曲率半径
ＩＨ：最大像高
とする。

条件式（１３）〜（１４）は、第２レンズ群を構成している両凸レンズの曲率を規定している。条件式（１３）の下限を超えてＲ１１で定義する面の曲率が強くなると、Ｒ１１で定義する面で発生する諸収差が多くなり画像劣化を招く。また、条件式（１３）の上限を超えてＲ１１で定義する面の曲率が緩みすぎると、物体側からＲ１１で定義する面に入射する軸外光線の入射角度が大きくなる。このため、光学系を広角化する際に軸外収差の発生が大きくなる上、Ｒ１１で定義する面における近軸理論の屈折力が弱くなるため、第１レンズ群の正の屈折力も弱くなり、光学系の小型化も困難になる。

一方、条件式（１４）の上限を超えてＲ１２で定義する面の曲率が強くなりすぎると、接合レンズ面の曲率が強くなりすぎることを意味し、この接合レンズ面で行っている色収差補正を全ズーム領域でバランス良く効果を発揮することが困難となる。このため、高倍率化、広角化、高性能化を同時に達成することが不可能となる。

さらに、最良の実施形態としては、上記Ｒ１１で定義する面に非球面を施すことが好ましい。そうすることで、この面で発生する諸収差、特に広角側での軸外収差と望遠側での球面収差を低減することが可能となり、光学性能が更に向上する。

本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群が以下の条件式（２）〜（３）を満足するように構成されているものでもある。

（２）７．０＜ｆ１／ＩＨ＜１４
（３）２．２＜ｆ１／√(ｆｗ・ｆｔ)＜３．６
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
とする。

条件式（２）〜（３）は、第１レンズ群の屈折力を規定する式であり、ともに下限を超えて屈折力が大きくなりすぎると収差の補正が困難となるため画像劣化を招く。一方、条件式（２）〜（３）の上限を超えると、第１レンズ群の屈折力が小さくなりすぎて高倍率化、広角化、小型化を同時に達成することが困難になる。第１レンズ群の屈折力を上記のように配置することにより、第１レンズ群を接合レンズのみの簡素で小型な構成にしながらも、光学系の高倍率化と小型化を実現することが可能となっている。

本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群の最も像側のレンズ面が、像側に凹の形状をとっている。この構成により、広角側における軸外収差、特にコマ収差の補正と、望遠側における球面収差の補正を良好に行うことができるため、広角化、高倍率化、さらには光学性能の向上を達成している。

さらに、最良の実施形態としては、上記レンズ面を以下の条件式（１５）を満足するように構成すると良い。

（１５）０．０１＜ＩＨ／Ｒ１３＜０．１
ただし、
Ｒ１３：第１レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径
ＩＨ：最大像高
とする。

条件式（１５）は、Ｒ１３で定義する面の曲率を規定する式である。条件式（１５）の下限を超えてＲ１３で定義する面の曲率が緩みすぎると、Ｒ１３で定義する面を像側に向かって射出する光線の射出角度が大きくなりすぎるため、特に広角側での軸外収差と望遠側での球面収差を補正することが困難となる。また、条件式（１５）の上限を超えてＲ１３で定義する面の曲率が強くなりすぎても、諸収差の補正が良好に行えないため良くない。また、Ｒ１３で定義する面に非球面を施すことが好ましい。そうすることで、条件式（１５）を満たす場合の効果、すなわち広角側での軸外収差と望遠側での球面収差の補正効果をより高めることが可能となる。

本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群を上記のように構成することで前に述べた課題をクリアしており、この構成を達成するために、第１レンズ群を物体側から正レンズ、負レンズの順に配置して接合することが重要となる。

本実施形態のズームレンズは、第２レンズ群に、物体側から順に負・正の順に配置されたレンズペア（接合レンズおよび複数枚の単レンズを配置したものを含む）が少なくとも１ペア存在し、以下の条件式（４）〜（６）を満足している。

（４）１．０＜|ｆ２／ｆｗ｜＜１．６
（５）１５＜ν_d2ｎ−ν_d2ｐ＜３５
（６）ｎ_dp＞１．７５
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ν_d2ｎ：第２レンズ群中に配置されたすべての負レンズのアッベ数の平均値
ν_d2ｐ：第２レンズ群中に配置されたすべての正レンズのアッベ数の平均値
ｎ_dp：第２レンズ群中に配置されたすべての正レンズの屈折率の平均値
とする。

第２レンズ群内を上記の構成にすることにより、特に広角側における軸外諸収差と望遠端における軸上収差を良好に補正する効果がある。

条件式（４）は、第２レンズ群の屈折力を規定する式である。条件式（４）の下限を超えて第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎると、収差の補正が困難となるため画質劣化を招く。一方、条件式（４）の上限を超えると、第２レンズ群の屈折力が足りなくなり、光学系の小型化と高倍率化を実現することが不可能になる。

条件式（５）は、第２レンズ群中に配置されたすべての負レンズのアッベ数の平均値と、すべての正レンズのアッベ数の平均値の差を規定する式である。条件式（５）の上限または下限を超えるような構成にした場合、広角側における軸外色収差と望遠側における軸上色収差の補正が困難となるので、光学系の高倍率化および広角化の達成が困難となる。

条件式（６）は、第２レンズ群中に配置されたすべての正レンズの屈折率の平均値を規定する式である。条件式（６）がこの下限を超えて小さくなると、第２レンズ群のペッツバール和がマイナス方向に大きくなるため、光学系の高倍率化と広角化を図る際に像面湾曲を補正することが困難となる。

また、最良の実施形態としては、第２レンズ群が物体から順に、負・負・正の順に配置された３枚のレンズで構成され、以下の条件式（４）、（７）、（８）を満足すると、上記の利点が更に効果的となるので良い。

（４）１．０＜|ｆ２／ｆｗ｜＜１．５
（７）１５＜{(ν_d21＋ν_d22)／２}−ν_d23＜３０
（８）ｎ_d23＞１．８４
ただし、
ｆ２：第2レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ν_d21：第２レンズ群の最も物体側に配置された負レンズのアッベ数
ν_d22：第２レンズ群の物体側から２番目に配置された負レンズのアッベ数
ν_d23：第２レンズ群の最も像側に配置された正レンズのアッベ数
ｎ_d23：第２レンズ群の最も像側に配置された正レンズの屈折率
とする。

本実施形態のズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際における第２レンズ群の移動に関して、以下の条件式（９）〜（１０）を満足している。

（９）０．７＜|ΔＷＭ２|／ＩＨ＜１．２
（１０）|ΔＷＴ２|／ＩＨ＜０．７
ただし、
ΔＷＭ２：広角端における第２レンズ群の位置から、中間焦点位置（ｆｍ＝√（ｆｗ・ｆｔ））における第２レンズ群の位置までの距離
ΔＷＴ２：広角端における第２レンズ群の位置から、望遠端における第２レンズ群の位置までの距離
ＩＨ：最大像高
とする。

条件式（９）〜（１０）は、ズーミングの際における第２レンズ群の移動ストロークを規定する式である。条件式（９）〜（１０）の上限を超えて第２レンズ群の移動ストロークが大きくなりすぎると、第２レンズ群を移動させるためのカム環の光軸方向の厚みが厚くなってしまうため、レンズ沈胴時におけるカメラサイズの薄型化が難しくなる。また、条件式（９）の下限を超えると、第２レンズ群の移動ストロークが少なくなりすぎるため、光学系の全長を小型化することが困難となる。

本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群内に、正負のレンズで構成される接合レンズを少なくとも１つ有し、その接合レンズのガラス材料が以下の条件式（１１）を満足している。

（１１）２５＜ν_d3ｐ−ν_d3ｎ＜７０
ただし、
ν_d3ｐ：第３レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d3ｎ：第３レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
とする。

条件式（１１）の下限を超えて第３レンズ群内の接合レンズを構成すると、第３レンズ群での色収差の発生が大きくなるため、光学系の高倍率化が難しくなる。一方、条件式（１１）の上限を超えて接合レンズを構成すると、第３レンズ群を構成する正レンズの屈折率が低くなりやすいため、第３レンズ群全体での正の屈折力が足りなくなり、十分の高倍率化を実現することが困難となる。

本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群、および第４レンズ群の焦点距離が、以下の条件式（１２）を満足している。

（１２）０．２５＜ｆ３／ｆ４＜１．０
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
とする。

条件式（１２）は、第３レンズ群と第４レンズ群の焦点距離比に関するものであり、下限を越えると第４レンズ群の屈折力が緩くなり、ズーミング中の収差変動が大きくなり高倍率化が困難になる。また、上限を超えると第３レンズ群の屈折力が緩くなりレンズ全長が長くなり小型化が困難になる。

本実施形態のズームレンズの第４レンズ群は、正の屈折力を持った１つのレンズ成分で構成するとよい。さらに、最良の実施例として本発明ズームレンズを簡素で高性能なものにするためには、第４レンズ群として少なくとも非球面を１面有した正の屈折力をもったレンズ１枚で構成するのがよい。

また、第４レンズ群は光学系を像側テレセントリックに近づけている。これにより、第１レンズ群から第４レンズ群を介して固体撮像素子上に像を形成する撮像装置に好適となるようにフィールドレンズの役割を持たしている。

フォーカシングは構成レンズ枚数が少ない第４レンズ群で行うのが好ましく、これによりフォーカスレンズユニットを小型化することが可能になる上、フォーカスアクチュエーターへの負荷軽減と省電力化にも利点がある。

また、最良の実施形態としては、第４レンズ群がプラスティック成型による１枚の正レンズで構成されていると、上記の利点がさらに有効となり、加えて、フォーカスレンズユニットの軽量化とコストダウンとを図ることが可能となる。

以下に、本実施形態によるズームレンズの４つの具体的な実施例を説明する。図１〜図２８は各実施例のレンズ構成および各種収差図である。また、表１、表５、表９、表１３に各実施例の光学系のデータを示す。また、表２、表６、表１０、表１４に各実施例の変倍に伴う可変間隔を、表３、表７、表１１、表１５に各実施例の各非球面の非球面係数を、そして、表４、表８、表１２、表１６には各実施例における条件式数値を示す。

なお、数値実施例において使用する記号の意味は次の通りである。
ＦＮｏ：Ｆナンバー
ｆ：焦点距離
ω：半画角
ｓｉ：物体側から数えてｉ番目の面
ｒｉ：上記面siの曲率半径
ｄｉ：物体側からi番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔
ｎｉ：第ｉレンズのd線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率
νｉ：第ｉレンズのd線（波長５８７．６ｎｍ）におけるアッベ数

また、非球面形状は、次の数式によって定義されるものとする。

（数式）
ｘ＝ｃｙ²／（１＋（１−(１＋ｋ)ｃ²ｙ²）^1/2）＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋…
ただし、
ｘ：レンズ面頂点からの光軸方向の距離
ｙ：光軸と垂直な方向の高さ
ｃ：レンズ頂点での近軸曲率
ｋ：コーニック定数
Ａ，Ｂ，…：非球面係数
とする。

また、下記の数値実施例について、以下の表中の「ＡＳＰ」は当該面が非球面形状で構成されていることを示し、「ＳＴＯ」は当該面が開口絞りになっていることを示し、「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面で構成されていることを示す。

＜実施例１＞
図１は、実施例１に係るズームレンズの構成図である。このズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を持つ第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を持つ第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群ＧＲ４を有する。また、このズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群ＧＲ２が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群ＧＲ３が物体側に移動する。

また、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に正レンズＬ１１と負レンズＬ１２とを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズのみで構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３により構成され、全体として負の屈折力をもつ。第３レンズ群ＧＲ３は、物体側から順に正レンズＬ３１、開口絞りＳＴＯ、正レンズＬ３２、負レンズＬ３３により構成され、全体として正の屈折力をもつ。第４レンズ群ＧＲ４は、正レンズＬ４により構成され、全体として正の屈折力をもつ。

図２は、実施例１のズームレンズの広角端における縦収差図である。また、図３は、実施例１のズームレンズの広角端における横収差図である。また、図４は、実施例１のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。また、図５は、実施例１のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。また、図６は、実施例１のズームレンズの望遠端における縦収差図である。また、図７は、実施例１のズームレンズの望遠端における横収差図である。

表１に実施例１の光学系のデータ、表２に実施例１の変倍に伴う可変間隔、表３に実施例１の各非球面の非球面係数、表４に実施例１における条件式数値を示す。

＜実施例２＞
図８は、実施例２に係るズームレンズの構成図である。このズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を持つ第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を持つ第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群ＧＲ４を有する。また、このズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群ＧＲ２が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群ＧＲ３が物体側に移動する。

図９は、実施例２のズームレンズの広角端における縦収差図である。また、図１０は、実施例２のズームレンズの広角端における横収差図である。また、図１１は、実施例２のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。また、図１２は、実施例２のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。また、図１３は、実施例２のズームレンズの望遠端における縦収差図である。また、図１４は、実施例２のズームレンズの望遠端における横収差図である。

表５に実施例２の光学系のデータ、表６に実施例２の変倍に伴う可変間隔、表７に実施例２の各非球面の非球面係数、表８に実施例２における条件式数値を示す。

＜実施例３＞
図１５は、実施例３に係るズームレンズの構成図である。このズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を持つ第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を持つ第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群ＧＲ４を有する。また、このズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群ＧＲ２が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群ＧＲ３が物体側に移動する。

図１６は、実施例３のズームレンズの広角端における縦収差図である。また、図１７は、実施例３のズームレンズの広角端における横収差図である。また、図１８は、実施例３のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。また、図１９は、実施例３のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。また、図２０は、実施例３のズームレンズの望遠端における縦収差図である。また、図２１は、実施例３のズームレンズの望遠端における横収差図である。

表９に実施例３の光学系のデータ、表１０に実施例３の変倍に伴う可変間隔、表１１に実施例３の各非球面の非球面係数、表１２に実施例３における条件式数値を示す。

＜実施例４＞
図２２は、実施例４に係るズームレンズの構成図である。このズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を持つ第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を持つ第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群ＧＲ４を有する。また、このズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群ＧＲ２が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群ＧＲ３が物体側に移動する。

図２３は、実施例４のズームレンズの広角端における縦収差図である。また、図２４は、実施例４のズームレンズの広角端における横収差図である。また、図２５は、実施例４のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。また、図２６は、実施例４のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。また、図２７は、実施例４のズームレンズの望遠端における縦収差図である。また、図２８は、実施例４のズームレンズの望遠端における横収差図である。

表１３に実施例４の光学系のデータ、表１４に実施例４の変倍に伴う可変間隔、表１５に実施例４の各非球面の非球面係数、表１６に実施例４における条件式数値を示す。

上記各数値実施例１〜４のズームレンズは、条件式（1）〜（１５）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端位置、広角端と望遠端との間の中間焦点位置および望遠端位置において、各収差ともバランス良く補正されていることが分かる。

＜撮像装置：デジタルスチルカメラ＞
次に、上記ズームレンズを用いた本発明および別の本発明撮像装置の実施の形態について説明する。図２９は、上記した本実施形態のズームレンズを適用したデジタルスチルカメラ（撮像装置）の構成例を示すブロック図である。

図２９に示すデジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示部４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。

カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１を含む光学系や、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。

メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。

入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。

以下、このデジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介して表示部４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。

また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。

そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズを移動させることにより行われる。

また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号が表示部４０に出力される。これにより再生画像が表示される。

なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。

その他、上記した各実施の形態および各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。実施例１のズームレンズの広角端における縦収差図である。実施例１のズームレンズの広角端における横収差図である。実施例１のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。実施例１のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。実施例１のズームレンズの望遠端における縦収差図である。実施例１のズームレンズの望遠端における横収差図である。実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。実施例２のズームレンズの広角端における縦収差図である。実施例２のズームレンズの広角端における横収差図である。実施例２のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。実施例２のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。実施例２のズームレンズの望遠端における縦収差図である。実施例２のズームレンズの望遠端における横収差図である。実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。実施例３のズームレンズの広角端における縦収差図である。実施例３のズームレンズの広角端における横収差図である。実施例３のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。実施例３のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。実施例３のズームレンズの望遠端における縦収差図である。実施例３のズームレンズの望遠端における横収差図である。実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。実施例４のズームレンズの広角端における縦収差図である。実施例４のズームレンズの広角端における横収差図である。実施例４のズームレンズの中間焦点位置における縦収差図である。実施例４のズームレンズの中間焦点位置における横収差図である。実施例４のズームレンズの望遠端における縦収差図である。実施例４のズームレンズの望遠端における横収差図である。本実施形態に係る撮像装置の例を説明する構成ブロック図である。

符号の説明

ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＳＴＯ…開口絞り、Ｌ１１…第１レンズ群中において物体側から数えて１つ目に配置されたレンズ、Ｌ１２…第１レンズ群中において物体側から数えて２つ目に配置されたレンズ、Ｌ２１…第２レンズ群中において物体側から数えて１つ目に配置されたレンズ、Ｌ２２…第２レンズ群中に配置された接合レンズ、Ｌ２３…第２レンズ群中において像側から数えて１つ目に配置されたレンズ、Ｌ３１…第３レンズ群中において物体側から数えて１つ目に配置されたレンズ、Ｌ３２…第３レンズ群中に配置された接合レンズ、Ｌ３３…第３レンズ群中において像側から数えて１つ目に配置されたレンズ、Ｌ４…第４レンズ群を構成しているレンズ成分、ΔＴ…メリジオナル像面、ΔＳ…サジタル像面、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）

Claims

物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群、負の屈折力を持つ第２レンズ群、正の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから成り、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群が第２レンズ群との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群が物体側に移動するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は物体側から順に正レンズと負レンズとを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズのみで構成され、前記第１レンズ群を構成している正レンズが両凸レンズであり、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、負・負・正の順に配置された３枚のレンズで構成され、
前記第４レンズ群が１枚の正レンズにより構成され、前記第４レンズ群を光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行い、
以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足するズームレンズ。
（１）２５＜ν_d11−ν_d12＜５０
（２）７．０＜ｆ１／ＩＨ＜１４
（３）２．２＜ｆ１／√(ｆｗ・ｆｔ)＜３．６
ただし、
ν_d11：第１レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d12：第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面が、像側に凹の形状となっている
請求項１に記載のズームレンズ。
以下の条件式（４）、（７）、（８）を満足する請求項１または２に記載のズームレンズ。
（４）１．０＜|ｆ２／ｆｗ｜＜１．５
（７）１５＜{(ν_d21＋ν_d22)／２}−ν_d23＜３０
（８）ｎ_d23＞１．８４
ただし、
ｆ２：第2レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ν_d21：第２レンズ群の最も物体側に配置された負レンズのアッベ数
ν_d22：第２レンズ群の物体側から２番目に配置された負レンズのアッベ数
ν_d23：第２レンズ群の最も像側に配置された正レンズのアッベ数
ｎ_d23：第２レンズ群の最も像側に配置された正レンズの屈折率
広角端から望遠端へのズーミングの際における第２レンズ群の移動に関して、以下の条件式（９）〜（１０）を満足する請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
（９）０．７＜|ΔＷＭ２|／ＩＨ＜１．２
（１０）|ΔＷＴ２|／ＩＨ＜０．７
ただし、
ΔＷＭ２：広角端における第２レンズ群の位置から、中間焦点位置（ｆｍ＝√（ｆｗ・ｆｔ））における第２レンズ群の位置までの距離
ΔＷＴ２：広角端における第２レンズ群の位置から、望遠端における第２レンズ群の位置までの距離
ＩＨ：最大像高
前記第３レンズ群内に、正負のレンズで構成される接合レンズを少なくとも１つ有し、その接合レンズのガラス材料が以下の条件式（１１）を満足する請求項１から４のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
（１１）２５＜ν_d3ｐ−ν_d3ｎ＜７０
ただし、
ν_d3ｐ：第３レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d3ｎ：第３レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
前記第３レンズ群、および前記第４レンズ群の焦点距離が、以下の条件式（１２）を満足する請求項１から５のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
（１２）０．２５＜ｆ３／ｆ４＜１．０
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
広角端から望遠端へのズーミングの際に、第４レンズ群が、一旦物体側に移動したあとに像側に戻るように移動する請求項１から６のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動することによって像振れを補正する請求項１から７のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第４レンズ群が、プラスティック成型による１枚の正レンズで構成されている請求項１から８のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第１レンズ群から前記第４レンズ群を介して固体撮像素子上に像を形成する請求項１から９のうちいずれか１項に記載のズームレンズ。
物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群、負の屈折力を持つ第２レンズ群、正の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから成り、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第１レンズ群が第２レンズ群との間隔を広げるように移動し、第２レンズ群が一旦像側に移動したあとに物体側に戻るように移動し、第３レンズ群が物体側に移動するものであり、前記第１レンズ群が物体側から順に正レンズと負レンズとを接合した全体として正の屈折力をもつ接合レンズのみで構成され、前記第１レンズ群を構成している正レンズが両凸レンズであり、前記第２レンズ群が、物体側から順に、負・負・正の順に配置された３枚のレンズで構成され、前記第４レンズ群が１枚の正レンズにより構成され、前記第４レンズ群を光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行い、
以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足するズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子とを有する撮像装置。
（１）２５＜ν_d11−ν_d12＜５０
（２）７．０＜ｆ１／ＩＨ＜１４
（３）２．２＜ｆ１／√(ｆｗ・ｆｔ)＜３．６
ただし、
ν_d11：第１レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ν_d12：第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離