JP5006101B2

JP5006101B2 - 広画角なズームレンズを備えた撮像装置

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Publication number: JP5006101B2
Application number: JP2007130253A
Authority: JP
Inventors: 優諸岡; 英之長岡; 英二城田; 正弘片倉
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: JP2008286910A

Description

本発明は、光路中に反射面を有する広画角なズームレンズを備えた撮像装置に関する。

近年では、銀塩フィルムカメラに代わり、ＣＣＤやＣＭＯＳのような撮像素子を用いて被写体を撮影するようにしたデジタルカメラが主流となっており、業務用高機能タイプからコンパクトな普及タイプまで幅広いカテゴリーで使われるようになってきている。

特に普及タイプのデジタルカメラは、小型な商品、特に服やカバンのポケット等への収納性がよく持ち運びが便利な、厚み方向のサイズが薄型であるタイプのデジタルカメラが好まれるようになっている。また、撮影レンズとしては変倍比が３倍程度のズームレンズが一般的となっている。このようなカメラに対応したズームレンズは、カメラの携帯性を損なわないように小型化にする必要がある。

また、カメラの薄型化のためにはズームレンズの鏡筒を薄型化する必要である。その手段として、カメラ撮影状態では鏡筒をカメラボディ内からせり出し、携帯時にはカメラボディ内に収納する、いわゆる沈胴式鏡筒が一般的になっている。その一方では、ズームレンズの最も物体側のレンズ群に反射光学部材を用いて略９０°光路を反射させ、そのレンズ群よりも像側のレンズ群を用いて変倍を行うインナーズーム方式の提案が行なわれている。

インナーズーム方式の特徴は、変倍時にレンズの全長が変わらないため、鏡筒のカメラボディ厚み方向の厚さを、最も物体側のレンズ群の厚み程度にすることができるため、カメラの薄型化が容易に行なえることである。また、小型化のため、物体側より順に正、負、正、正の屈折力の配置とし、第１レンズ群に反射面を有する４群構成のズームレンズが、例えば、以下の特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に提案されている。

また、物体側より順に、正、負、正、正の屈折力を有するレンズ群構成で、変倍比が３程度、半画角が３５°以上の従来技術のズームレンズとしては、特許文献６、特許文献７に開示されている。

特開２００３‐３０２５７６号公報特開２００４‐６９８０８号公報特開２００４‐１８４６２７号公報特開２００４‐３４７７１２号公報特開２００６‐３４３６２２号公報特開２０００‐１３１６１０号公報特開２００６‐５８３６３号公報

しかしながら、これらの先行技術は広角端の半画角が３０°程度であり十分な広角化を達成していなかった。もしくは、広画角ではあるものの、明るさ絞りより前側のレンズが大型化しているため撮像装置の厚さ方向の大きさを十分に薄くすることが困難となっている。また、変倍比も３倍に達していないものが多い。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、光路中に反射面を有する正・負・正・正の群構成のインナーズーム方式で、小型であり変倍比の確保、画角の確保に有利な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。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、ズームレンズと、その像側に配置され、ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
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、
正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
第２レンズ群と第３レンズ群との間に明るさ絞りを有し、
第１レンズ群の位置を固定し且つ少なくとも第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
広角端の状態に対し望遠端の状態にて、
第２レンズ群は像側に位置し、
第３レンズ群は物体側に位置し、
第２レンズ群と明るさ絞りとの間隔は狭まり、
明るさ絞りと第３レンズ群との間隔は狭まり、
第１レンズ群は、物体側から順に、
負の屈折力を有する前側レンズ群と、
光路を反射する反射面を有する反射光学部材と、
正の屈折力を有する後側レンズ群とからなる構成を前提としている。

第１レンズ群が反射面を持ち変倍時に固定としたインナーズーム方式の場合、明るさ絞りを挟んだ前後のレンズ群の大きさを同程度にでき、撮像装置の厚み方向の大きさを薄くすることに有利となる。

そのため、第２レンズ群と第３レンズ群の間に明るさ絞りを配置し、広角端に対して望遠端にて第２レンズ群と第３レンズ群が明るさ絞りに近づく構成としている。このようなレンズ構成の場合、広角端にて正屈折力の第１レンズ群と負屈折力の第２レンズ群を近くに配置し、望遠端では第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広くすることで第２レンズ群に変倍負担を持たせられる。

一方、第２レンズ群の移動量が大きくなりすぎると、広角端での第１レンズ群と第２レンズ群が明るさ絞りから離れすぎてしまうので、第１レンズ群のレンズ径を小さくし難くなってくる。

そのため、本発明では第３レンズ群を広角端に対して望遠端にて物体側に位置させる方式とすると、第３レンズ群の変倍負担を大きくして第２レンズ群の変倍負担を軽減できるので、第２レンズ群の移動量を小さくできる。

また、本発明は広角端の画角を広くしても良好な収差性能を得るため、第２レンズ群の構成を物体側から順に負レンズ、正レンズ、負レンズの構成にしている。

第２レンズ群は、負の屈折力のレンズ群である。このため、従来技術のように負レンズ、正レンズの２枚で構成すると相対的に負レンズのパワーが強くなり過ぎ、広角化のために第２レンズ群の負屈折力を確保しようとすると広角端にて軸外の収差性能を確保することが困難となる。

そのため、本発明の構成では、負レンズ２枚にて負の屈折力を分担させ、負レンズ１枚ごとの収差発生を小さくすることを可能としている。また、第２レンズ群のレンズの並びは、物体側から順に負レンズ、正レンズ、負レンズとする。これにより、レンズ構成の対称性を良くし第２レンズ群内で効率良く収差補正を行えるようにしている。

また、第２レンズ群における収差の発生をよりいっそう抑えて良好な光学性能を得るためには、第２レンズ群の最も物体側の負レンズに少なくとも１面に非球面を用いることで、球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることができる。

更には、以下の条件式を満足することが好ましい。
−１．５＜（Ｒ_2n1f＋Ｒ_2n1r）／（Ｒ_2n1f−Ｒ_2n1r）＜０・・・（Ａ）
ただし、
Ｒ_2n1fは前記第２レンズ群中の最も物体側の前記負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒ_2n1rは前記第２レンズ群中の最も物体側の前記負レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（Ａ）は第２レンズ群の最も物体側の負レンズの形状を特定するものである。条件式（Ａ）を満足することで、広角端の画角を広くしても必要なパワーを確保しながら良好な収差性能を保持することを可能としている。

条件式（Ａ）の上限を上回らないようにすることで第２レンズ群の主点が物体側に配置し過ぎないようにし、レンズ全系の入射瞳位置を小さくでき、第１レンズ群のレンズ径の小型化にいっそう有利となる。一方、条件式（Ａ）の下限を下回らないようにして負レンズの物体側面の曲率を適度に抑えることで、広角端での像面湾曲を補正しやすくなる。

また、以下の条件式いずれか又は双方を満足することが好ましい。
３３°＜tan^-1（ＩＨ_w／ｆ_w）・・・（１）
３＜ｆ_1g／ｆ_w＜５・・・（２）
ただし、
ｆ_wは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
ＩＨ_wは広角端における最大像高、
ｆ_1gは第１レンズ群の焦点距離、
である。
なお、条件式（Ａ）に代えて、上記の条件式（２）と後述の条件式（３）を満足すると共に、後述のように、第１レンズ群の前側レンズ群を１枚の負レンズとすることが好ましい。

条件式（１）は、広角端での焦点距離と最大像高との関係を規定するものであり、広角端での画角の確保を行いやすくするものである。条件式（１）の下限を下回らないように焦点距離と像高を特定することで画角の確保を行いやすくなる。一方、画角を広くすると第１レンズ群が大型化しやすくなる。ここで、第１レンズ群を、物体側から順に、負の屈折力を有する前側レンズ群と、光路を反射する反射面を有する反射光学部材と、正の屈折力を有する後側レンズ群で構成することで、反射面よりも物体側の大きさを短く構成でき、第１レンズ群の小型化に有利となる。

条件式（２）は第１レンズ群の屈折力を特定するものである。条件式（２）を満足させるように第１レンズ群の屈折力を適度に強くすることにより、第１レンズ群での収差発生を抑えながら第２レンズ群の変倍機能を発揮しやすくできる。そして、よりいっそう第２レンズ群の移動量を小さくすることに有利となり、広角端の画角を広くしても第１レンズ群のレンズ径を小さくして、ズームレンズの厚みを小さくしやすくなる。

条件式（２）の下限を下回らないようにして第１レンズ群の屈折力を適度に抑えることで、第１レンズ群の球面収差、非点収差の発生を抑えやすくなる。一方、条件式（２）の上限を上回らないようにして第１レンズ群の屈折力を確保することで、第２レンズ群に変倍負担を持たせ、且つ第１レンズ群のいっそうの小型化を行いやすくなる。

なお、ＩＨ_wは広角端における有効撮像領域で決まる。有効撮像領域は、撮像素子の光電変換面のうち、画像の記録、表示、印刷などの際に利用する像が形成される領域である。有効撮像領域は、アスペクト比の変更等、領域のサイズを変更できる場合がある。このような場合は有効撮像領域内でとり得る像高の中で最も大きくなるものをＩＨ_wとする。

また、一般に有効撮像領域の形状は矩形で、そのサイズは広角端から望遠端への変倍に際して一定である。
一方、広角側で発生するレンズ系の歪曲収差を補正する画像処理を行い、画像の記録、再生を行う場合もある。歪曲収差を電気的に補正する場合の有効撮像領域は画像処理で補正する程度により変化する。例えば、広角端で発生する樽型の歪曲収差を電気的に補正して画像を記録再生する場合、有効撮像領域の形状は樽型となる。その場合のＩＨ_wは上述と同様に、広角端撮影時の有効撮像領域内にてとりうる像高のうち最大となるものとなる。

また、第１レンズ群の前側レンズ群では、広角端状態にて光線の入射する高さが大きくなる。そこで、第１レンズ群の前側レンズ群を１枚の負レンズとすることで、ズームレンズの厚みの方向や入射面のサイズの小型化にいっそう有利となる。

このような構成とした場合、前側レンズ群の負レンズは、以下の条件式（３）、（４）、（５）の少なくとも何れかを満足させることが好ましい。
１．５＜｜ｆ_L1／ｆ_w｜＜３・・・（３）
１．８５＜Ｎ_L1 ・・・（４）
０．５＜（Ｒ_L1f+Ｒ_L1r）／（Ｒ_L1f-Ｒ_L1r）＜１．５・・・(５)
ただし、
ｆ_L1は第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの焦点距離、
Ｎ_L1は第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率、
Ｒ_L1fは第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒ_L1rは第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（３）は第１レンズ群の負レンズの屈折力を適切に設定するためのものであり、変倍比や光学性能を確保しつつ、入射瞳を浅くして第１レンズ群の小型化や画角の確保を一層行いやすくするためのものである。

条件式（３）の下限を下回らないようにして第１レンズ群の負レンズの屈折力を適度に抑えることで、第１レンズ群に後続する第２、第３レンズ群の変倍負担の確保を行いやすくなり、第２、第３レンズ群の移動量の低減や全系の変倍比の確保に有利となる。また、この負レンズは明るさ絞りから離れているので軸外収差が出やすいレンズであるが、屈折力を適度に抑えることで歪曲収差等の軸外収差補正や色収差の発生を抑えやすくなる。一方、条件式（３）の上限を上回らないようにして第１レンズ群の負レンズの屈折力を確保することで、入射瞳を浅く（第１レンズ面から入射瞳までの距離を短く）する機能を確保し、画角の確保と第１レンズ群を構成する各光学素子の小型化の両立に有利となる。

条件式（４）は第１レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率を設定するものであり、小型化と良好な性能の両立を一層有利とするためのものである。条件式（１）を満足する場合、画角が大きくなるが、このような場合、通常、光学性能の確保のためには最も物体側の負レンズの像側面が強い凹面となりやすい。その場合、負レンズが物体側に突出しやすく、第１レンズ群が大型化しやすくなる。条件式（４）の下限を下回らないようにすることで、負レンズの負屈折力を確保しつつレンズ面の曲率を抑えやすくできる。このことにより、負レンズと反射光学部材との光軸上の距離を近づけられ、第１レンズ群の小型化（しいては撮像装置の薄型化）と光学性能の確保の両立が行いやすくなる。

条件式（５）は、第１レンズ群の負レンズの形状を設定するものであり、小型化と良好な性能との両立を一層有利とするためのものである。条件式（５）の下限を下回らないようにすることで、広角撮影の際の、負レンズの物体側面に対する軸外光線の入射角を抑えやすくなり、軸外収差の補正に有利となる。条件式（５）の上限を上回らないようにすることで、レンズ面頂が物体側に突出することを抑えやすくなり、小型化に有利となる。また、望遠側での負レンズの球面収差の発生を抑えやすくなる。

また、本発明のズームレンズにて以下の条件式（６）を満足させることがより好ましい。
０．８＜mg_2z／mg_3z＜１．５・・・（６）
ただし、
mg_2zは無限遠物点に合焦した状態での第２レンズ群の広角端の倍率に対する望遠端の倍率の比率、
mg_3zは無限遠物点に合焦した状態での第３レンズ群の広角端の倍率に対する望遠端の倍率の比率である。

条件式（６）は第２レンズ群と第３レンズ群の変倍分担を設定するものである。変倍比の確保を行いつつも小型化に一層有利とするための条件である。条件式（６）の上限を上回らないようにすることで、第２レンズ群の変倍分担を抑え、第２レンズ群の移動量を小さくし、第１レンズ群の径の小型化に有利となる。条件式（６）の下限を下回らないようにすることで、第３レンズ群の変倍分担を抑え、第３レンズ群の移動量が大きくなることによる全長の増大を抑えやすくなる。

また、本発明のズームレンズにて、さらに、変倍時に明るさ絞りの位置を固定させ、第４レンズ群を変倍時に移動させ、その第４レンズ群の移動する光軸方向での長さを第２レンズ群及び第３レンズ群の移動する光軸方向での長さよりも短くすることがより好ましい。
明るさ絞りの位置を固定とすることで絞りを独立して動かすよりも駆動機構を簡略にしやすくなる。そして、第４レンズ群を変倍時に移動させることで像位置のズレの調整や射出瞳位置の調整などに有利となる。第４レンズ群の移動量を小さくすることで、第４レンズ群を駆動させる機構を簡略にしやすくなる。

また、本発明のズームレンズにて、さらに、第４レンズ群を物体側に移動させることで遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行なう構成とすると、近距離物点合焦した際の軸外収差の変動が少なくできより好ましい。

尚、フォーカシング機構を持つ場合、上述の各条件式に用いる値は、いずれも最遠距離物点に合焦した状態での値とする。上述の構成や条件式は複数を同時に満足することで小型化、変倍比の確保、画角の確保、光学性能の確保の点でより好ましい。

上述の各条件式にて以下のようにするとより好ましい。
条件式（Ａ）の下限を−１．３、更には−１．１とするとより好ましい。
条件式（Ａ）の上限を−０．１、更には−０．２とするとより好ましい。
条件式（１）の下限を３５°、更には３６．５°とするとより好ましい。
条件式（１）に上限値を設け、上限５０°、更には４５°以上にならないようにするとより好ましい。これにより、小型化を維持しながら、極度な歪曲収差の発生を抑えることに有利となる。
条件式（２）の下限を３．２、更には３．３とするとより好ましい。
条件式（２）の上限を４．５、更には４．０とするとより好ましい。
条件式（３）の下限を１．７、更には１．９とするとより好ましい。
条件式（３）の上限を２．７、更には２．３とするとより好ましい。
条件式（４）の下限を１．９、更には２．０とするとより好ましい。
条件式（４）に上限値を設け、
上限２．５、更には２．３以上にならないようにするとより好ましい。これにより、
材料費の低減に有利となる。
条件式（５）の下限を０．７、更には０．９とするとより好ましい。
条件式（５）の上限を１．４、更には１．３５とするとより好ましい。
条件式（６）の下限を０．９、更には１．０とするとより好ましい。
条件式（６）の上限を１．３、更には１．２とするとより好ましい。

上述の各発明は、任意に複数を同時に満足することがより好ましい。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。また、上述の各構成は、任意に組み合わせて構わない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光路中に反射面を有する正・負・正・正の群構成のインナーズーム方式で、小型ながら変倍比の確保、画角の確保に有利なズームレンズを備えた撮像装置を提供できる。

以下に、本発明に係るズームレンズ、撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

実施例１〜５においては、変倍比が３．５倍程度、かつ、広角端の半画角ωが４０°以上で、最先端の小さな画素ピッチの撮像素子用の光学系としても使用できる高い性能を持ち、かつ、コンパクト性に優れた薄型広角ズームレンズ系を有する撮像装置となっている。
実施例１〜５は全ズーム状態にて有効撮像領域は矩形で一定である。
有効撮像領域の短辺方向がズームレンズの厚さ方向となるように反射面を配置している。

レンズデータ上は反射面の位置が省略されているが、反射面は第３面と第４面との中間に位置し、光軸を９０度反射させるように反射平面を光軸に対して４５°傾けている（後述するデジタルカメラの反射光学部材の配置図参照）。反射光学部材はいずれの実施例も直角プリズムとしている。もちろん表面鏡でも良いし、反射曲面でもよいし、反射面の形状が変化するものであってもよい。また、プリズムの入射面や実施例２のように射出面が屈折力を持つようにしてもよい。

各実施形態での条件式対応値は無限遠物点に合焦した状態での値である。全長は、レンズの入射面から射出面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えたものである。バックフォーカスは、空気換算長で示している。

実施例１、３、４、５は、反射光学部材としてパワーを持たない直角プリズムを使用している。また、実施例２は、反射部材としてパワーを持たない直角プリズムと平凸レンズを接合したものを使用している。
フォーカシングは第４レンズの移動により行い、遠距離物点から近距離物点への合焦動作を第４レンズ群を物体側に移動させて行う。

実施例６、７、８、９、１０は、それぞれ実施例１〜５のズームレンズを用い、電気的に歪曲収差を補正する撮像装置に用いた例であり変倍時に有効撮像領域の形状が変化する。そのため、ズーム状態における像高や画角が対応する実施例と相違する。広角端の半画角ωが３５°以上のズームレンズを備えた撮像装置となっている。実施例６〜１０では広角側で発生する樽型の歪曲収差や、望遠側での糸巻き型の歪曲収差を電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行っている。

歪曲収差補正についての概念的な説明を図１１の（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。（ａ）は広角端付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。（ｃ）は中間焦点距離付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。（ｅ）は広角端付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。

本発明のズームレンズは矩形の光電変換面上に広角端では（ａ）のような樽型の歪曲収差が発生する。一方中間焦点距離状態付近や望遠端では、それぞれ（ｃ）、（ｅ）のような糸巻き型の歪曲収差が発生する。なお、図では説明のため歪み状態を誇張して書いている。

歪曲収差を電気的に補正するために、有効撮像領域は、広角端では樽型形状とし、中間焦点距離状態や望遠端では糸巻き型形状となるようにしている。そして、あらかじめ設定した有効撮像領域を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。図１１の（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、それぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端における歪みを低減させた矩形の画像情報をそれぞれ示している。

広角端での最大像高ＩＨ_wは、中間焦点距離状態の最大像高ＩＨ_sや望遠端での最大像高ＩＨ_tよりも小さくなるようにしている。図１１の（ａ）の例では広角端にて光電変換面の短辺方向の長さが有効撮像領域の短辺方向の長さと同じになるようにしているが、それよりも小さい樽型の領域を有効撮像領域として矩形に変換した画像を記録・再生画像するようにしてもよい。

以下、本発明のズームレンズの実施例１〜５について説明する。実施例１〜５の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間焦点距離状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。図１〜図５中、第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、明るさ絞りはＳ、第３レンズ群はＧ３、第４レンズ群はＧ４、赤外光を制限する波長域制限コートを施したローパスフィルタを構成する平行平板はＦ、電子撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。

また、数値データはいずれも無限遠の被写体に合焦した状態でのデータである。各数値の長さの単位はｍｍ、角度の単位は°（度）である。上述したように、フォーカシングはいずれの実施例も最も像側のレンズ群の移動により行う。さらに、ズームデータは広角端（ＷＥ）、中間焦点距離状態（ＳＴ）、望遠端（ＴＥ）での値である。

以下の各実施例は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に適したズームレンズである。これらの各ズームレンズは、変倍比が３．５倍程度で、広角端の半画角が３５°以上を達成している。

実施例１のズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は像側に凸の軌跡で移動する。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、両凸正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目の両凸正レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹負レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の両凸正レンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の両凸正レンズの像側の面との７面に用いている。

実施例２のズームレンズは、図２に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は像側に移動する。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと平凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、両凸正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凸正レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹負レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の両凸正レンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の両凸正レンズの像側の面との７面に用いている。

実施例３のズームレンズは、図３に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、両凸正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズからなる。

実施例４のズームレンズは、図４に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズからなる。

実施例５のズームレンズは、図５に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズからなる。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。表及び図面において、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＢＦはバックフォーカス、f1、f2…は各レンズ群の焦点距離、ＩＨは像高、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ＷＥは広角端、ＳＴは中間焦点距離状態、ＴＥは望遠端、ｒ1、ｒ2…は各レンズ面の曲率半径、ｄ1、ｄ2…は各レンズ面間の間隔、ｎdは各レンズのｄ線の屈折率、νdは各レンズのアッベ数である。後述するレンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。ＢＦ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。

なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ₄ｙ⁴＋Ａ₆ｙ⁶＋Ａ₈ｙ⁸＋Ａ₁₀ｙ¹⁰＋Ａ₁₂ｙ¹²
ただし、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀、Ａ₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。

実施例１
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 77.844 0.80 2.00069 25.46
2 9.200 2.40
3 ∞ 8.20 1.90366 31.31
4 ∞ 0.16
5 193.397 1.31 1.83400 37.16
6 -49.493 0.15
7* 34.261 2.16 1.69350 53.21
8* -14.647 可変
9* -13.352 0.70 1.83481 42.71
10* 22.682 0.44
11 252.820 1.86 1.92286 20.88
12 -12.842 0.60 1.88300 40.76
13 -167.984 可変
14(絞り) 可変
15* 8.002 2.96 1.49700 81.54
16* -14.660 0.15
17 30.743 2.97 1.49700 81.54
18 -10.966 0.15
19 10.806 2.98 1.49700 81.54
20 -15.508 0.60 2.00069 25.46
21 4.386 可変
22 38.115 1.63 1.84666 23.78
23* -21.313 可変
24 ∞ 0.50 1.54771 62.84
25 ∞ 0.50
26 ∞ 0.50 1.51633 64.14
27 ∞ 0.37
像面(受光面） ∞

非球面データ
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=-5.26568e-05,Ａ6=-5.17282e-10,Ａ8=-1.75470e-11,Ａ10=4.94690e-12
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.16635e-05,Ａ6=8.44649e-09,Ａ8=1.05767e-08,Ａ10=-1.99626e-10
第９面
ｋ=0.000,Ａ4=-8.17482e-05,Ａ6=5.93052e-06,Ａ8=-2.63197e-08,Ａ10=2.40547e-10
第１０面
ｋ=0.000,Ａ4=-1.86445e-04,Ａ6=8.20271e-07,Ａ8=3.64313e-07,Ａ10=-7.95160e-09
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-7.41375e-04,Ａ6=3.05688e-06,Ａ8=-1.71614e-06,Ａ10=9.84684e-09
第１６面
ｋ=0.000,Ａ4=6.43640e-05,Ａ6=1.78136e-05,Ａ8=-3.05757e-06,Ａ10=6.53740e-08
第２３面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.63980e-04,Ａ6=1.16721e-05,Ａ8=-3.52007e-07

ズームデータ
広角中間望遠
焦点距離 5.09 9.59 17.47
ＦＮＯ． 2.85 3.60 5.25
画角２ω 83.04 42.30 24.35
像高IH 3.84 3.84 3.84
全長 53.65 53.65 53.65
ＢＦ 4.34 4.33 4.08

d8 0.60 5.57 8.25
d13 8.14 3.17 0.60
d14 7.45 5.09 1.00
d21 2.88 5.26 9.03
d23 2.44 2.42 2.63

ズーム比 3.43
f1 17.11
f2 -11.57
f3 10.48
f4 16.35

実施例２
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 65.925 0.50 2.00069 25.46
2 9.300 2.40
3 ∞ 8.20 1.90366 31.31
4 ∞ 1.00 1.90366 31.31
5 -277.510 0.15
6* 26.733 2.40 1.77377 47.17
7* -14.521 可変
8* -11.710 0.80 1.83481 42.71
9* 36.351 0.35
10 180.299 1.90 1.92286 20.88
11 -14.153 0.60 1.88300 40.76
12 -225.703 可変
13(絞り) 可変
14* 8.244 2.83 1.49700 81.54
15* -13.762 0.15
16 46.334 2.69 1.49700 81.54
17 -13.419 0.15
18 9.128 2.98 1.49700 81.54
19 -27.839 0.55 2.00069 25.46
20 4.439 可変
21 27.202 1.70 1.80486 24.73
22* -26.164 可変
23 ∞ 0.50 1.54771 62.84
24 ∞ 0.50
25 ∞ 0.50 1.51633 64.14
26 ∞ 0.37
像面(受光面） ∞

非球面データ
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=-5.89429e-05,Ａ6=9.66816e-07,Ａ8=5.12267e-09,Ａ10=-3.89395e-14
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.04092e-05,Ａ6=8.76990e-07,Ａ8=1.84486e-08,Ａ10=-3.23636e-10
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=5.75214e-04,Ａ6=-3.12455e-05,Ａ8=1.54493e-06,Ａ10=-3.04544e-08
第９面
ｋ=0.000,Ａ4=4.49623e-04,Ａ6=-3.71061e-05,Ａ8=2.28224e-06,Ａ10=-5.38299e-08
第１４面
ｋ=0.000,Ａ4=-8.38654e-04,Ａ6=-1.48378e-09,Ａ8=-1.51482e-06,Ａ10=-4.12714e-08
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-1.67551e-04,Ａ6=1.12879e-05,Ａ8=-2.65748e-06,Ａ10=2.14781e-08
第２２面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.17795e-04,Ａ6=8.27428e-06,Ａ8=-2.32055e-07,Ａ10=2.99343e-11

ズームデータ
広角中間望遠
焦点距離 5.09 9.48 17.66
ＦＮＯ． 2.86 3.54 5.20
画角２ω 82.94 42.69 23.99
像高IH 3.84 3.84 3.84
全長 53.24 53.24 53.24
ＢＦ 3.96 3.94 4.15

d7 0.60 6.00 9.01
d12 8.98 3.56 0.60
d13 7.47 5.18 1.00
d20 2.91 5.23 9.61
d22 2.82 2.80 2.56

ズーム比 3.47
f1 18.57
f2 -12.25
f3 11.18
f4 16.81

実施例３
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 66.411 0.70 2.00069 25.46
2 9.000 2.50
3 ∞ 8.20 1.83400 37.16
4 ∞ 0.15
5* 23.719 2.45 1.74330 49.33
6* -13.462 可変
7* -12.333 0.70 1.83481 42.71
8* 31.790 0.35
9 192.258 1.80 1.92286 20.88
10 -13.872 0.60 1.88300 40.76
11 -175.193 可変
12(絞り) 可変
13* 8.371 2.49 1.49700 81.54
14* -13.181 0.15
15 54.831 2.96 1.49700 81.54
16 -12.842 0.15
17 9.595 2.98 1.49700 81.54
18 -32.221 0.55 2.00069 25.46
19 4.464 可変
20 24.030 1.80 1.68893 31.16
21* -23.344 可変
22 ∞ 0.50 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面） ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-5.19694e-05,Ａ6=6.00438e-07,Ａ8=1.53861e-08,Ａ10=1.54759e-10
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=1.51443e-06,Ａ6=4.56560e-07,Ａ8=3.30030e-08,Ａ10=-2.51577e-10
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=1.54840e-04,Ａ6=9.42798e-06,Ａ8=-2.57220e-07,Ａ10=-2.61920e-10
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=4.95303e-05,Ａ6=2.87644e-06,Ａ8=6.73812e-07,Ａ10=-3.11395e-08
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=-8.69262e-04,Ａ6=-3.62744e-06,Ａ8=-1.10037e-06,Ａ10=-1.00770e-07
第１４面
ｋ=0.000,Ａ4=-1.54090e-04,Ａ6=7.57294e-06,Ａ8=-2.53811e-06,Ａ10=-1.37217e-08
第２１面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.73852e-04,Ａ6=1.78364e-05,Ａ8=-1.06297e-06,Ａ10=2.35404e-08

ズームデータ
広角中間望遠
焦点距離 5.06 9.48 17.87
ＦＮＯ． 3.50 4.33 5.10
画角２ω 83.15 42.68 23.72
像高IH 3.84 3.84 3.84
全長 52.94 52.94 52.94
ＢＦ 4.23 4.17 3.90

d6 0.60 6.15 9.20
d11 9.17 3.59 0.60
d12 7.60 5.30 1.00
d19 2.83 5.21 9.73
d21 2.70 2.65 2.37

ズーム比 3.53
f1 18.94
f2 -12.44
f3 11.15
f4 17.46

実施例４
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 -14705.084 0.70 2.00069 25.46
2 10.212 2.21
3 ∞ 8.00 1.84666 23.78
4 ∞ 0.20
5* 27.929 2.69 1.76802 49.24
6* -12.555 可変
7* -14.917 0.70 1.80610 40.92
8* 218.645 0.40
9 -35.642 1.91 1.92286 20.88
10 -9.232 0.60 1.88300 40.76
11 433.819 可変
12(絞り) 可変
13* 7.465 2.28 1.49700 81.54
14* -28.835 0.20
15 23.174 3.27 1.49700 81.54
16 -13.702 0.25
17 7.052 2.30 1.48749 70.23
18 -44.558 0.55 2.00330 28.27
19 4.230 可変
20 14.974 2.12 1.52542 55.78
21* -22.702 可変
22 ∞ 0.50 1.51633 64.14
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面） ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=3.30509e-06,Ａ6=-5.05697e-06,Ａ8=3.19905e-07,Ａ10=-7.90084e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=6.46770e-05,Ａ6=-3.26766e-06,Ａ8=2.27854e-07,Ａ10=-5.97274e-09
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.04372e-04,Ａ6=2.19114e-05,Ａ8=-6.67656e-08,Ａ10=-1.55429e-08
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.14250e-04,Ａ6=2.31616e-05,Ａ8=4.37604e-07,Ａ10=-3.72953e-08
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.87575e-04,Ａ6=-1.45256e-05,Ａ8=1.95189e-06,Ａ10=-6.50435e-08
第１４面
ｋ=0.000,Ａ4=3.80915e-04,Ａ6=-1.07738e-05,Ａ8=1.66012e-06,Ａ10=-4.60116e-08
第２１面
ｋ=0.000,Ａ4=3.98780e-05,Ａ6=-2.76560e-05,Ａ8=1.66259e-06,Ａ10=-3.70991e-08

ズームデータ
広角中間望遠
焦点距離 5.08 9.37 17.70
ＦＮＯ． 3.57 3.98 5.09
画角２ω 82.27 42.58 23.60
像高IH 3.84 3.84 3.84
全長 52.95 52.95 52.95
ＢＦ 4.38 4.36 4.60

d6 0.60 5.62 9.06
d11 9.05 4.05 0.60
d12 7.75 5.16 1.00
d19 2.76 5.36 9.28
d21 2.85 2.83 3.07

ズーム比 3.48
f1 18.48
f2 -12.15
f3 11.44
f4 17.51

実施例５
単位 mm

面データ
面番 r d nd νd
1 4090.718 0.60 2.00069 25.46
2 10.220 2.18
3 ∞ 8.00 1.84666 23.78
4 ∞ 0.20
5* 28.231 2.68 1.77377 47.17
6* -12.688 可変
7* -17.660 0.70 1.74320 49.34
8* 75.241 0.66
9 -20.564 1.74 1.92286 20.88
10 -8.639 0.60 1.88300 40.76
11 -79.785 可変
12(絞り) 可変
13* 7.679 2.33 1.49700 81.54
14* -15.798 0.20
15 26.079 3.17 1.49700 81.54
16 -13.348 0.20
17 9.368 2.01 1.48749 70.23
18 -53.174 0.58 2.00330 28.27
19 4.540 可変
20 16.212 2.00 1.52542 55.78
21* -24.034 可変
22 ∞ 0.50 1.51633 64.14
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面） ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=1.01830e-05,Ａ6=-4.04209e-06,Ａ8=2.57001e-07,Ａ10=-6.20762e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=6.94081e-05,Ａ6=-2.41520e-06,Ａ8=1.79959e-07,Ａ10=-4.73227e-09
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.09918e-04,Ａ6=2.14206e-05,Ａ8=1.48613e-07,Ａ10=-2.78467e-08
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.21276e-04,Ａ6=2.35826e-05,Ａ8=1.05063e-06,Ａ10=-7.39184e-08
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=-5.18096e-04,Ａ6=-2.66694e-05,Ａ8=2.90343e-06,Ａ10=-1.36413e-07
第１４面
ｋ=0.000,Ａ4=3.10456e-04,Ａ6=-3.23413e-05,Ａ8=3.27647e-06,Ａ10=-1.40801e-07
第２１面
ｋ=0.000,Ａ4=9.23474e-05,Ａ6=-2.94633e-05,Ａ8=1.62604e-06,Ａ10=-3.13129e-08

ズームデータ
広角中間望遠
焦点距離 5.10 9.86 17.78
ＦＮＯ． 3.57 4.63 5.08
画角２ω 82.70 41.06 23.70
像高IH 3.84 3.84 3.84
全長 52.95 52.95 52.95
ＢＦ 4.74 4.44 4.44

d6 0.60 5.91 8.77
d11 8.78 3.48 0.60
d12 8.14 5.22 1.00
d19 2.84 6.07 10.30
d21 3.21 2.91 2.91

ズーム比 3.49
f1 18.70
f2 -12.33
f3 11.76
f4 18.75

以上の実施例１〜５の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。各図中、“ω”は半画角を示す。

次に、実施例６、７、８、９、１０の撮像装置が備えるズームレンズについて説明する。実施例６〜１０では広角側で発生する樽型の歪曲収差や、望遠側での糸巻き型の歪曲収差を電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行っている。実施例６におけるズームレンズは実施例１のズームレンズと同一の構成である。実施例７におけるズームレンズは実施例２のズームレンズと同一の構成である。実施例８におけるズームレンズは実施例３のズームレンズと同一の構成である。実施例９におけるズームレンズは実施例４のズームレンズと同一の構成である。実施例１０におけるズームレンズは実施例５のズームレンズと同一の構成である。このため、ズームレンズに関する重複する説明は省略する。

実施例６における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角中間望遠
焦点距離 5.09 9.59 17.47
ＦＮＯ． 2.85 3.60 5.25
画角２ω 74.09 42.30 24.35
像高IH 3.37 3.84 3.84

実施例７における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角中間望遠
焦点距離 5.09 9.48 17.66
ＦＮＯ． 2.86 3.54 5.20
画角２ω 74.09 42.69 23.99
像高IH 3.37 3.84 3.84

実施例８における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角中間望遠
焦点距離 5.06 9.48 17.87
ＦＮＯ． 3.50 4.33 5.10
画角２ω 74.40 42.68 23.72
像高IH 3.38 3.84 3.84

実施例９における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角中間望遠
焦点距離 5.08 9.37 17.70
ＦＮＯ． 3.57 3.98 5.09
画角２ω 73.59 42.58 23.60
像高IH 3.38 3.84 3.84

実施例１０における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角中間望遠
焦点距離 5.10 9.86 17.78
ＦＮＯ． 3.57 4.63 5.08
画角２ω 73.95 41.06 23.70
像高IH 3.38 3.84 3.84

次に、各実施例における条件式（Ａ）、（１）〜（６）の値を掲げる。
実施例１実施例２実施例３実施例４実施例５
(A)(Ｒ_2n1f+Ｒ_2n1r)/(Ｒ_2n1f-Ｒ_2n1r)
-0.26 -0.51 -0.44 -0.87 -0.62
(1)tan^-1(ＩＨ_w/ｆ_w) 37.044 37.048 37.200 37.081 36.973
(2)ｆ_1g/ｆ_w 3.364 3.650 3.745 3.638 3.665
(3)|ｆ_L1/ｆ_w| 2.061 2.136 2.069 2.007 2.007
(4)Ｎ_L1 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069
(5)(Ｒ_L1f+Ｒ_L1r)/(Ｒ_L1f-Ｒ_L1r)
1.268 1.328 1.314 0.999 1.005
(6)mg_2z/mg_3z 1.143 1.082 1.114 1.110 1.132

実施例６実施例７実施例８実施例９実施例10
(A)(Ｒ_2n1f+Ｒ_2n1r)/(Ｒ_2n1f-Ｒ_2n1r)
-0.26 -0.51 -0.44 -0.87 -0.62
(1)tan^-1(ＩＨ_w/ｆ_w) 33.532 33.535 33.711 33.627 33.524
(2)ｆ_1g/ｆ_w 3.364 3.650 3.745 3.638 3.665
(3)|ｆ_L1/ｆ_w| 2.061 2.136 2.069 2.007 2.007
(4)Ｎ_L1 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069
(5)(Ｒ_L1f+Ｒ_L1r)/(Ｒ_L1f-Ｒ_L1r)
1.268 1.328 1.314 0.999 1.005
(6)mg_2z/mg_3z 1.143 1.082 1.114 1.110 1.132

（歪曲収差の補正）
ところで、本発明のズームレンズを用いたときに、像の歪曲は電気的にデジタル補正する。以下に、像の歪曲をデジタル補正するための基本的概念について説明する。

例えば、図１２に示すように、光軸と撮像面との交点を中心として有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円周上（像高）での倍率を固定し、この円周を補正の基準とする。そして、それ以外の任意の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正する。

例えば、図１２において、半径Ｒの円の内側に位置する任意の半径ｒ₁（ω）の円周上の点Ｐ₁は、円の中心に向けて補正すべき半径ｒ₁'（ω）円周上の点Ｐ₂に移動させる。また、半径Ｒの円の外側に位置する任意の半径ｒ₂（ω）の円周上の点Ｑ₁は、円の中心から離れる方向に向けて補正すべき半径ｒ₂'（ω）円周上の点Ｑ₂に移動させる。

ここで、ｒ'（ω）は次のように表わすことができる。
ｒ'（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω （０≦α≦１）
ただし、
ωは被写体半画角、ｆは結像光学系（本発明では、ズームレンズ）の焦点距離である。

ここで、前記半径Ｒの円上（像高）に対応する理想像高をＹとすると、
α＝Ｒ／Ｙ＝Ｒ／（ｆ・ｔａｎω）
となる。

光学系は、理想的には、光軸に対して回転対称であり、すなわち歪曲収差も光軸に対して回転対称に発生する。したがって、上述のように、光学的に発生した歪曲収差を電気的に補正する場合には、再現画像上で光軸と撮像面との交点を中心とした有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円の円周上（像高）の倍率を固定して、それ以外の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正することができれば、データ量や演算量の点で有利と考えられる。

ところが、光学像は、電子撮像素子で撮像された時点で（サンプリングのため）連続量ではなくなる。したがって、厳密には光学像上に描かれる上記半径Ｒの円も、電子撮像素子上の画素が放射状に配列されていない限り正確な円ではなくなる。

つまり、離散的座標点毎に表わされる画像データの形状補正においては、上記倍率を固定できる円は存在しない。そこで、各画素（Ｘi，Ｙj）毎に、移動先の座標（Ｘi'，Ｙj' ）を決める方法を用いるのがよい。なお、座標（Ｘi'，Ｙj'）に（Ｘi，Ｙj）の２点以上が移動してきた場合には、各画素が有する値の平均値をとる。また、移動してくる点がない場合には、周囲のいくつかの画素の座標（Ｘi'，Ｙj'）の値を用いて補間すればよい。

このような方法は、特にズームレンズが有する電子撮像装置において光学系や電子撮像素子の製造誤差等のために光軸に対して歪みが著しく、前記光学像上に描かれる上記半径Ｒの円が非対称になった場合の補正に有効である。また、撮像素子あるいは各種出力装置において信号を画像に再現する際に幾何学的歪み等が発生する場合等の補正に有効である。

本発明の電子撮像装置では、補正量ｒ’（ω）−ｒ（ω）を計算するために、ｒ（ω）すなわち半画角と像高との関係、あるいは、実像高ｒと理想像高ｒ’／αとの関係が、電子撮像装置に内蔵された記録媒体に記録されている構成としてもよい。

なお、歪曲補正後の画像が短辺方向の両端において光量が極端に不足することのないようにするには、前記半径Ｒが、次の条件式を満足するのがよい。

０≦Ｒ≦０．６Ｌs
ただし、Ｌs は有効撮像面の短辺の長さである。

好ましくは、前記半径Ｒは、次の条件式を満足するのがよい。
０．３Ｌs≦Ｒ≦０．６Ｌs
さらには、半径Ｒは、略有効撮像面の短辺方向の内接円の半径に一致させるのが最も有利である。なお、半径Ｒ＝０の近傍、すなわち、軸上近傍において倍率を固定した補正の場合は、実質画像数の面で若干の不利があるが、広角化しても小型化にするための効果は確保できる。

なお、補正が必要な焦点距離区間については、いくつかの焦点ゾーンに分割する。そして、該分割された焦点ゾーン内の望遠端近傍で略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
を満足する補正結果が得られる場合と同じ補正量で補正してもよい。

ただし、その場合、分割された焦点ゾーン内の広角端において樽型歪曲量がある程度残存してしまう。また、分割ゾーン数を増加させてしまうと、補正のために必要な固有データを記録媒体に余計に保有する必要が生じあまり好ましくない。そこで、分割された焦点ゾーン内の各焦点距離に関連した１つ又は数個の係数を予め算出しておく。この係数は、シミュレーションや実機による測定に基づいて決定しておけばよい。

そして、前記分割されたゾーン内の望遠端近傍で略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
を満足する補正結果が得られる場合の補正量を算出し、この補正量に対して焦点距離毎に前記係数を一律に掛けて最終的な補正量にしてもよい。

ところで、無限遠物体を結像させて得られた像に歪曲がない場合は、
ｆ＝ｙ／ｔａｎω
が成立する。
ただし、ｙは像点の光軸からの高さ（像高）、ｆは結像系（本発明ではズームレンズ）の焦点距離、ωは撮像面上の中心からｙの位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度（被写体半画角）である。

結像系に樽型の歪曲収差がある場合は、
ｆ＞ｙ／ｔａｎω
となる。つまり、結像系の焦点距離ｆと、像高ｙとを一定とすると、ωの値は大きくなる。

（デジタルカメラ）
さて、以上のような上述のズームレンズで物体像を形成しその像をＣＣＤ等の電子撮像素子に受光させて撮影を行う電子撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。

図１３〜図１５は、上述のズームレンズをデジタルカメラの撮影光学系１４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図１３はデジタルカメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図１４は同後方斜視図、図１５はデジタルカメラ１４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッター１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７等を含み、カメラ１４０の上部に配置されたシャッター１４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系１４１、例えば実施例１の光路折り曲げズームレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系１４１によって形成された物体像が、近赤外カットフィルターと光学的ローパスフィルターＦを介してＣＣＤ１４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ１４９で受光された物体像は、処理手段１５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター１４７に表示される。また、この処理手段１５１には記録手段１５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段１５２は処理手段１５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ１４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路１４４上にはファインダー用対物光学系１５３が配置してある。このファインダー用対物光学系１５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム１５５の視野枠１５７上に形成される。このポリプリズム１５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系１５９が配置されている。なお、撮影光学系１４１及びファインダー用対物光学系１５３の入射側、接眼光学系１５９の射出側にそれぞれカバー部材１５０が配置されている。

このように構成されたデジタルカメラ１４０は、撮影光学系１４１が３．５倍程度の高変倍比で、高い光学性能を有するズームレンズであるので、高性能で、奥行き方向が極めて薄い安価なデジタルカメラが実現できる。

なお、図１５の例では、カバー部材１５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。あるいは、省いてもよい。

（内部回路構成）
図１６は、上記デジタルカメラ１４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段は、例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４、一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８等からなり、記憶手段は、例えば記憶媒体部１１９等からなる。

図１６に示すように、デジタルカメラ１４０は、操作部１１２と、この操作部１１２に接続された制御部１１３と、この制御部１１３の制御信号出力ポートにバス１１４及び１１５を介して接続された撮像駆動回路１１６並びに一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１は、バス１２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１１６には、ＣＣＤ１４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４が接続されている。

操作部１１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。

制御部１１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ１４０全体を制御する回路である。

ＣＣＤ１４９は、本発明による撮影光学系１４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ１４９は、撮像駆動回路１１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４は、ＣＣＤ１４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時記憶メモリ１１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１１８は、一時記憶メモリ１１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記録媒体部１１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。

表示部１２０は、液晶表示モニターを備え、その液晶表示モニターに画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部１２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部１２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。

このように構成されたデジタルカメラ１４０は、撮影光学系１４１が、本発明により、十分な広角域を有し、コンパクトな構成としながら、高変倍で全変倍域で結像性能が極めて安定的であるので、高性能・小型化・広角化が実現できる。そして、広角側、望遠側での速い合焦動作が可能となる。

以上説明したように、本発明では、特にポータブルな普及タイプのカテゴリーに注目し、高画質を確保しながら奥行きが薄く使い勝手の良好な、広角端から望遠端までの広い焦点距離域をカバーする高変倍で安価なビデオカメラ、デジタルカメラを実現する技術を提供できる。

以上のように、本発明に係る撮像装置は、高変倍で安価なビデオカメラ、デジタルカメラ等に有用である。

本発明の実施例１の撮像装置が備えるズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。本発明の実施例２の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。本発明の実施例３の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。本発明の実施例４の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。本発明の実施例５の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。歪曲収差の補正の概念を説明する図である。歪曲収差の補正を説明する図である。光路反射式ズームレンズを組み込んだ本発明のデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。上記デジタルカメラの後方斜視図である。上記デジタルカメラの断面図である。デジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。

符号の説明

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
Ｓ…明るさ絞り
Ｆ…ローパスフィルタ
Ｃ…カバーガラス
Ｐ…プリズム
Ｉ…像面
１１２…操作部
１１３…制御部
１１４…バス
１１５…バス
１１６…撮像駆動回路
１１７…一時記憶メモリ
１１８…画像処理部
１１９…記憶媒体部
１２０…表示部
１２１…設定情報記憶メモリ部
１２２…バス
１２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
１４０…デジタルカメラ
１４１…撮影光学系
１４２…撮影用光路
１４３…ファインダー光学系
１４４…ファインダー用光路
１４５…シャッターボタン
１４６…フラッシュ
１４７…液晶表示モニター
１４９…ＣＣＤ
１５０…カバー部材
１５１…処理手段
１５２…記録手段
１５３…ファインダー用対物光学系
１５５…正立プリズム
１５７…視野枠
１５９…接眼光学系

Claims

ズームレンズと、
前記ズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
前記ズームレンズは、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、
正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に明るさ絞りを有し、
前記第１レンズ群の位置を固定し且つ少なくとも前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を移動させて各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
前記広角端の状態に対し前記望遠端の状態にて、
前記第２レンズ群は像側に位置し、
前記第３レンズ群は物体側に位置し、
前記第２レンズ群と前記明るさ絞りとの間隔は狭まり、
前記明るさ絞りと前記第３レンズ群との間隔は狭まり、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、
負の屈折力を有する前側レンズ群と、
光路を反射する反射面を有する反射光学部材と、
正の屈折力を有する後側レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群の前側レンズ群は１枚の負レンズであり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、
負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成され、
そのうち最も物体側の負レンズは非球面を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
３＜ｆ _1g ／ｆ _w ＜５・・・（２）
１．５＜｜ｆ _L1 ／ｆ _w ｜＜３・・・（３）
ただし、
ｆ _1g は前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ _w は広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ _L1 は第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの焦点距離、
である。
ズームレンズと、
前記ズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
前記ズームレンズは、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、
正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に明るさ絞りを有し、
前記第１レンズ群の位置を固定し且つ少なくとも前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を移動させて各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
前記広角端の状態に対し前記望遠端の状態にて、
前記第２レンズ群は像側に位置し、
前記第３レンズ群は物体側に位置し、
前記第２レンズ群と前記明るさ絞りとの間隔は狭まり、
前記明るさ絞りと前記第３レンズ群との間隔は狭まり、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、
負の屈折力を有する前側レンズ群と、
光路を反射する反射面を有する反射光学部材と、
正の屈折力を有する後側レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、
負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成され、
そのうち最も物体側の負レンズは非球面を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
−１．５＜（Ｒ_2n1f＋Ｒ_2n1r）／（Ｒ_2n1f−Ｒ_2n1r）＜０・・・（Ａ）
ただし、
Ｒ_2n1fは前記第２レンズ群中の最も物体側の前記負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒ_2n1rは前記第２レンズ群中の最も物体側の前記負レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
３３°＜tan^-1（ＩＨ_w／ｆ_w）・・・（１）
ただし、
ＩＨ_wは広角端における最大像高、
ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
である。
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
３＜ｆ_1g／ｆ_w＜５・・・（２）
ただし、
ｆ_1gは前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
である。
前記第１レンズ群の前側レンズ群は１枚の負レンズであることを特徴とする請求項２または４に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
前記負レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
１．５＜｜ｆ_L1／ｆ_w｜＜３・・・（３）
ただし、
ｆ_L1は第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの焦点距離、
ｆ _w は広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
である。
前記負レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１、５または６に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
１．８５＜Ｎ_L1 ・・・（４）
ただし、
Ｎ_L1は前記第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率、
である。
前記負レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１、５〜７の何れか一項に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
０．５＜(Ｒ_L1f＋Ｒ_L1r)／(Ｒ_L1f−Ｒ_L1r)＜１．５・・・(５)
ただし、
Ｒ_L1fは前記第１レンズ群の前側レンズ群の前記負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒ_L1rは前記第１レンズ群の前側レンズ群の前記負レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜８の少なくとも何れか一項に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
０．８＜mg_2z／mg_3z＜１．５・・・（６）
ただし、
mg_2zは前記第２レンズ群の広角端の倍率に対する望遠端の倍率の比率、
mg_3zは前記第３レンズ群の広角端の倍率に対する望遠端の倍率の比率、
である。
前記明るさ絞りは変倍時に位置を固定し、
前記第４レンズ群は、変倍時に移動し、
前記第４レンズ群の移動する光軸方向での長さが前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の移動する光軸方向での長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。
前記第４レンズ群を物体側に移動させることで遠距離物点から近距離物点へのフォーカシングを行なうことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の広画角なズームレンズを備えた撮像装置。