JP5025386B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明はスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等の撮像装置に好適なズームレンズに関するものである。

最近、固体撮像素子（撮像素子）を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置は、全体が小型であること、そしてそれに用いるズームレンズは高ズーム比であることが要望されている。

撮像素子を用いた撮像装置にはレンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材が配置される。この為、それに用いるズームレンズにはバックフォーカスが長いことが要求される。

更に、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラ（カラー撮像装置）の場合には、撮像素子への入射角特性によって色のシェーディングが発生しないように像側がテレセントリックであることが要求されている。

バックフォーカスが長く、像側がテレセントリック性の良いズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズが知られている。

ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第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レンズ群で構成される４群ズームレンズが知られている（特許文献１）。

特許文献１で開示されている４群ズームレンズでは、第２〜第４レンズ群を移動させてズーミングを行っている。このネガティブリード型の４群ズームレンズにおいて、光路中にミラーやプリズム等の光路折り曲げ部材を挿入し、光学系、光路を屈曲して撮像装置に用いたとき、装置の前後方向の薄型化を図るようにしたズームレンズが知られている(特許文献２、３)。

特許文献２、３では第１レンズ群中に光路折り曲げ用のプリズムを配置している。そしてズーミングに際して第２〜第４レンズ群を移動させたズーム比２〜３倍程度のズームレンズを開示している。
特開２００１−３４３５８８号公報 特開２００４−１６３４７７号公報 特開２００４−３４８０８２号公報

ズームレンズのレンズ群中に光路折り曲げ部材を配し、光路を屈曲するとズームレンズの前後方向の厚さを薄くすることが容易となる。このため、光路折り曲げ部材を有したズームレンズを撮像装置(カメラ)に用いると、撮像装置の厚み方向(前後方向)を薄くするのが容易となる。

しかしながら、特許文献２、３で開示されている光路折り曲げ用部材を有したズームレンズは、ズーム比が２〜３倍程度であり、ズーム比が必ずしも十分でなかった。

特許文献２、３のネガティブリード型の４群ズームレンズは、第３レンズ群の無限遠物体合焦時における広角端における結像横倍率の絶対値は０．６程度である。

この４群ズームレンズにおいて高ズーム比化を図るために第３レンズ群の広角端における結像倍率をこの程度の範囲に保持したまま高ズーム比（例えばズーム比５倍以上）にすると、第２レンズ群が望遠端において第１レンズ群に最も近づく構成となる。

一方、広角端においては第１レンズ群と第２レンズ群の群間隔が大きい配置となる。この結果、第１レンズ群の有効径(前玉径)が拡大してくる。

又、高ズーム比に伴って、望遠側において軸上色収差が増大し、ズーム領域全般にわたり光学性能が低下してくる。

このように第１レンズ群中に光路折り曲げ用の光学素子を配置したネガティブリード型の４群ズームレンズでは、高ズーム比化を図ろうとすると、第１レンズ群の有効径が増大し、全系が大型化するとともに望遠側において光学性能が低下する傾向となる。

このため、光路中に光路折り曲げ部材を配置したネガティブリード型の４群ズームレンズにおいては、第１レンズ群の有効径(前玉径)を小型にしつつ、高ズーム比で全ズーム範囲において高い光学性能を得ることが大きな課題となっている。

このためには、光路折り曲げ部材を含む第１レンズ群のレンズ構成や、負の屈折力の第１、第２レンズ群で発生した諸収差を補正する像側に配置した正の屈折力の第３レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。

これらの構成が不適切であると、諸収差、特に各レンズ群内の色収差の補正が困難となり、高い光学性能を得るのが困難となる。

本発明は、前玉径が小さく、前後方向の厚さが薄く、高ズーム比で色収差を良好に補正し、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第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レンズ群で構成され、
広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
該第１レンズ群はズーミングに際して不動であり、
該第１レンズ群は、光路折り曲げ用の光学素子と正レンズと負レンズを有し、
無限遠物体合焦時の広角端における該第３レンズ群の結像横倍率をβ３Ｗとするとき、
０．３ ＜ ｜β３Ｗ｜ ＜ ０．５
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、前玉径が小さく、前後方向の厚さが薄く、高ズーム比で色収差を良好に補正し、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有したズームレンズが得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

各実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第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レンズ群を有し、ズーミング(変倍)に際し各レンズ群のレンズ群間隔が変化するズームレンズである。

第１レンズ群Ｌ１は負成分のレンズ（負レンズ）、光路折り曲げ用の光学素子、正成分のレンズ（正レンズ）を有しており、ズーミングの際には（ズーミングのためには）不動である。

第３レンズ群は複数のレンズを有し、ズーミングに際し、移動している。第３レンズ群は、後述する条件式（１）を満足するように構成している。
図１は本発明の実施例１のズームレンズにおいて、光路を９０度折り曲げたときの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。

以下、各実施例のレンズデータ、レンズ断面図は、光軸が一直線となるように光路折り曲げ用の光学素子（プリズム）の光路を展開した状態で表している。

図２は本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図３、図４、図５は本発明の実施例１の広角端，中間のズーム位置，望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

実施例１はズーム比（変倍比）７、開口比２．８〜５．８程度のズームレンズである。

図６は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。

図７、図８、図９は本発明の実施例２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（変倍比）５、開口比２．８〜５．６程度のズームレンズである。

図１０は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図１１、図１２、図１３は本発明の実施例３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（変倍比）６、開口比３．２〜５．６程度のズームレンズである。

図１４は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図１５、図１６、図１７は本発明の実施例４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（変倍比）５、開口比２．８〜５．６程度のズームレンズである。

図１８は本発明の実施例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１９、図２０、図２１は本発明の実施例５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（変倍比）８、開口比２．８〜５．８程度のズームレンズである。

図２２は本発明の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撮像装置に用いられる撮像レンズ系であり、各レンズ断面図において、左方が被写体（物体）側（前方）で、右方が像側（後方）である。

レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶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ガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像光学系として使用する際には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれる。

収差図において、ｄ、ｇ、Ｃは各々ｄ線、ｇ線及びＣ線である。ΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面及びサジタル像面であり、倍率色収差はｇ線及びＣ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

なお、各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（第３レンズ群Ｌ３）が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際してレンズ断面図に示す矢印のように移動している。

具体的には実施例１のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は不動である。第２レンズ群Ｌ２は像側に凸状の軌跡で往復又は略往復移動する。第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動する。第４レンズ群Ｌ４は物体側に凸状の軌跡で移動している。

実施例２〜５のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は不動である。第２レンズ群Ｌ２は、像側に凸状の軌跡で往復又は略往復移動する。第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動する。第４レンズ群Ｌ４は像側に移動している。

各実施例のズームレンズでは、第３レンズ群Ｌ３の移動により主たる変倍を行い、第２レンズ群Ｌ２の往復又は略往復移動により変倍に伴う像面の変動を補正している。

開口絞りＳＰは開口径、即ち開口面積が広角端と望遠端において異なるように調整手段（不図示）で調整されている。

各実施例においてズーミング時に不動で負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１は、負成分のレンズ（負レンズ）、光路折り曲げ用の光学素子、正成分のレンズ（正レンズ）を有している。

光路折り曲げ用の光学素子はプリズムより成る場合を示しているが、ミラーであっても良い。

第１レンズ群Ｌ１をズーミング時に不動として、レンズ群内に光路折り曲げ用の光学素子を配することで撮影時、非撮影時共に撮像装置の厚み方向を薄くしている。又、第１レンズ群Ｌ１内に負レンズと正レンズを持たせることでレンズ群内の色消しを行い、特に高ズーム比化したときに多く発生する色収差を良好に補正している。

フォーカスは第４レンズ群Ｌ４で行っている。

又、各実施例において無限遠物体合焦時の広角端における第３レンズ群Ｌ３の結像横倍率をβ３Ｗとする。

このとき
０．３ ＜ ｜β３Ｗ｜ ＜ ０．５ ・・・（１）
なる条件式を満足するようにしている。

次に前述の条件式（１）の技術的意味について説明する。

条件式（１）は物体側から像側へ順に、負、負、正、正の屈折力のレンズ群で構成される４群ズームレンズにおいて、所望のズーム比（例えばズーム比５倍以上）を得ようとした場合、像面変動を補正する第２レンズ群Ｌ２の軌跡が略往復となるための条件式である。

条件式（１）の上限を超えると所望のズーム比を得ようとした場合、第２レンズ群Ｌ２は広角端よりも望遠端においてズーム時不動の第１レンズ群Ｌ１に近づく。このとき、望遠端で第１レンズ群と第２レンズ群の群間隔を干渉しないように確保すると、広角端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の群間隔が、より大きくなり、前玉径（第１レンズ群Ｌ１の有効径）が増大してしまう。

又、下限を超えると所望のズーム比を得ようとした場合、望遠端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との群間隔が大きくなり、全長（第１レンズ面から像面までの長さ）が長くなるのでよくない。

より好ましくは上述の条件式（１）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
０．３４ ＜ ｜β３Ｗ｜ ＜ ０．４８ ・・・（１ａ）
更に好ましくは上述の条件式（１ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
０．３６ ＜ ｜β３Ｗ｜ ＜ ０．４６ ・・・（１ｂ）
以上のように各実施例によれば、ズーム比が大きく、コンパクトなズームレンズが得られる。

尚、各実施例のズームレンズにおいて、更に良好なる光学性能を得るため、又はレンズ系全体の小型化を図る為には、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。これによれば、各条件に相当する効果が得られる。

第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズの材料のアッベ数をν１ｐ、負レンズの材料のアッベ数をν１ｎとする。

広角端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離をｆ１２Ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆＷとする。

第４レンズ群Ｌ４はフォーカスのために光軸上移動し、第４レンズ群Ｌ４に含まれる正レンズの物体側の面の曲率半径をｒ４ａ、像側の面の曲率半径をｒ４ｂとする。

第３レンズ群Ｌ３に含まれる正レンズのうち少なくとも１つの正レンズの材料のアッベ数をνｄ３ｐ、部分分散比をθｇＦ３ｐとする。

第３レンズ群Ｌ３は負レンズを有し、このうち少なくとも１つの負レンズの材料のアッベ数をνｄ３ｎ、部分分散比をθｇＦ３ｎとする。

このとき、
５ ＜ ｜ν１ｐ−ν１ｎ｜ ＜ ３０ ‥‥‥（２）
２．６ ＜ ｜ｆ１２Ｗ｜／ｆＷ ＜ ４．０ ‥‥‥（３）
−５．０ ＜ （ｒ４ａ＋ｒ４ｂ）／（ｒ４ａ−ｒ４ｂ） ＜ １．０ ‥‥‥（４）
−０．００１６８＊νｄ３ｐ ＋ ０．６４４＜θｇＦ３ｐ ‥‥‥（５）
θｇＦ３ｎ ＜ −０．００１６８＊νｄ３ｎ ＋ ０．６４４ ‥‥‥（６）
なる条件のうち１以上を満足するのが良い。

次に各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（２）は第１レンズ群Ｌ１のレンズ群内における色消しのための条件式である。

条件式（２）の上限を超えると第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの材料の屈折率が低くなり、像面湾曲の補正が困難となる。

又、下限を超えるとレンズ群内での色消しが不十分となり、特に高ズーム比化した場合、光学系全系での色収差の補正が困難となるのでよくない。

より好ましくは上述の条件式（２）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

５ ＜ ｜ν１ｐ−ν１ｎ｜ ＜ ２５ ・・・（２ａ）
条件式（３）は広角端における第３レンズ群Ｌ３の結像横倍率β３Ｗを適切に規定するための条件式である。

条件式（１）で結像横倍率β３Ｗを規定しても条件式（３）の上限を超えると、フォーカスレンズ群である第４レンズ群Ｌ４の広角端における結像横倍率が小さくなる。

このとき、第４レンズ群Ｌ４の屈折力が大きくなりすぎて像面湾曲の補正が困難となると共に、広角端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成屈折力が弱くなりすぎて前玉径が増大してしまう。又、条件式（１）で結像横倍率β３Ｗを規定しても条件式（３）の下限を超えると、第４レンズ群Ｌ４の広角端における結像横倍率が大きくなる。

このとき、第４レンズ群Ｌ４のフォーカシングの敏感度が低くなり距離変動が大きくなると共に、広角端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成屈折力が強くなり、広角端において歪曲収差等、諸収差の補正が困難となるのでよくない。

より好ましくは上述の条件式（３）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

２．８ ＜ ｜ｆ１２Ｗ｜／ｆＷ ＜ ３．８ ・・・（３ａ）
更に好ましくは上述の条件式（３ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

３．０ ＜ ｜ｆ１２Ｗ｜／ｆＷ ＜ ３．６ ・・・（３ｂ）
条件式（４）はフォーカス用の第４レンズ群Ｌ４を構成する正レンズのレンズ形状に関する。

ズームレンズを高ズーム比化する場合、特に望遠端の焦点距離が伸びるとフォーカス用の第４レンズ群Ｌ４の移動量が大きくなってくる。このため、距離変動を適切に補正するために第４レンズ群Ｌ４のレンズ形状が重要となる。条件式（４）はフォーカス用の第４レンズ群に含まれる正レンズのレンズ形状を適切に規定し、良好なる光学性能を得るための条件式である。

条件式（４）の上限を超えると第４レンズ群に含まれる正レンズが像側に凸でメニスカス形状となり、特に望遠域において距離変動を補正するのが困難となる。又、下限を超えると第４レンズ群に含まれる正レンズの形状が物体側に強い凸でメニスカス形状となり、やはり望遠域において距離変動を補正するのが困難となる。

より好ましくは上述の条件式（４）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

−３．０ ＜ （ｒ４ａ＋ｒ４ｂ）／（ｒ４ａ−ｒ４ｂ） ＜ １．０ ・・・（４ａ）
更に好ましくは上述の条件式（５ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

−２．０ ＜ （ｒ４ａ＋ｒ４ｂ）／（ｒ４ａ−ｒ４ｂ） ＜ ０．９ ・・・（４ｂ）
条件式（５）は、実施例１〜３において主変倍用の第３レンズ群Ｌ３に含まれる正レンズの材料を規定したものである。

ここでアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦは、次のとおりである。

フラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。このとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
で表される。

負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズにおいて高ズーム比化していくと、望遠域において特に短波長側の軸上色収差が補正困難になる傾向がある。

条件式（５）は絞り近傍にある主変倍用の第３レンズ群Ｌ３の持つ異常分散性を適切に規定し、望遠域においても軸上色収差を良好に補正するための条件式である。

条件式（５）の範囲は一般的な硝材よりも部分分散比θｇＦが大きいことを表している。この範囲の部分分散比をもつ材料を主変倍用の第３レンズ群Ｌ３の正レンズに用いることで、望遠域における短波長側の軸上色収差を良好に補正することが容易となる。

条件式（５）満足する材料として、実施例１において第３レンズ群Ｌ３の物体側から数えて第４枚目の正レンズＧ３４にＵＶ硬化樹脂（光学定数は（表１））を用いている。

又、実施例２において第３レンズ群Ｌ３の第４枚目の正レンズＧ３４にＮ−ポリビニルカルバゾール（光学定数は（表１））を用いている。

又、実施例３において第３レンズ群Ｌ３の第４枚目の正レンズＧ３４にＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）に体積分率５％のＴｉＯ２（二酸化チタン）を分散させた材料（光学定数は（表２））を用いている。

ここで、ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｕｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。

Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＴｉＯ２ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２
ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＴｉＯ２はＴｉＯ_２の屈折率、Ｎ_ｐはＰＭＭＡの屈折率、ＶはＰＭＭＡ体積に対するＴｉＯ_２微粒子の総体積の分率である。

なお、第３レンズ群Ｌ３の正レンズに用いるのに好適な材料は上記材料に限定されるものではない。

条件式（６）は実施例４、５において主変倍用の第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズの材料を規定したものである。

条件式（６）も条件式（５）と同様に、絞り近傍にある第３レンズ群Ｌ３の持つ異常分散性を適切に規定し、望遠域においても軸上色収差を良好に補正するための条件式である。

条件式（６）の範囲は一般的な硝材よりも部分分散比θｇＦが小さいことを表している。この範囲の部分分散比をもつ材料を主変倍用の第３レンズ群Ｌ３の負レンズに用いることで、望遠域における短波長側の軸上色収差を良好に補正することが容易となる。

条件式（６）満足する材料として、実施例４において第３レンズ群Ｌ３の第３枚目の負レンズＧ３３にセラミック材料を用いている（光学定数は（表１））。又、実施例５において第３レンズ群Ｌ３の第３枚目の負レンズＧ３３にＰＭＭＡに体積分率５％のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｃｉｄｅ、酸化インジウムスズ）を分散させた材料（光学定数は（表３））を用いている。

なお、第３レンズ群Ｌ３の負レンズに用いるのに好適な材料は上記材料に限定されるものではない。

次に、各実施例におけるレンズ構成の具体的な特徴について述べる。

各実施例において第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に、負レンズ、光路折り曲げ用プリズム、正レンズで構成している。

具体的には、実施例１において第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ１１、光路折り曲げ用のプリズムＰＲ、両凸形状の正レンズＧ１２で構成している。

又、実施例２〜５において第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ１１、光路折り曲げ用プリズムＰＲ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＧ１２で構成している。

第１レンズ群Ｌ１をこのようなレンズ構成とすることにより、第１レンズ群Ｌ１内での色消しを行うと共に、負レンズと正レンズの組み合わせで収差を逆に発生させ、諸収差を良好に補正している。更に、負レンズＧ１１の像側の凹面をレンズ中心からレンズ周辺に行くほど負の屈折力が弱くなる非球面形状としている。

これにより非点収差と歪曲収差をバランスよく補正している。尚、負レンズＧ１１に設ける非球面は物体側のレンズ面であっても良い。この場合の非球面形状はレンズ中心からレンズ周辺に向かって徐々に曲率がきつくなる形状とすればよい。

各実施例において第２レンズ群Ｌ２は、負レンズと正レンズで構成している。

具体的には、各実施例において第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズＧ２１、物体側に凸面をもつ正レンズＧ２２の独立した２つのレンズで構成している。実施例５では負レンズＧ２１と正レンズＧ２２を接合レンズとしている。

第２レンズ群Ｌ２はコンペンセータの役割を担っている。第２レンズ群Ｌ２をこのようなレンズ構成とすることにより、ズーム全域において諸収差の補正を行うために必要な屈折力を少ないレンズ枚数で実現し、ズーミング中における色収差の変動を抑制している。

各実施例において第３レンズ群Ｌ３は、正レンズと負レンズから成る接合レンズを１以上有している。

具体的には、実施例１〜３において第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、正レンズＧ３１と負レンズＧ３２を接合した接合レンズ、負レンズＧ３３と正レンズＧ３４と正レンズＧ３５を接合した接合レンズで構成している。

実施例４において第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、正レンズＧ３１と負レンズＧ３２を接合した接合レンズ、負レンズＧ３３と正レンズＧ３４を接合した接合レンズで構成している。

実施例５において第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、正レンズＧ３１と負レンズＧ３２と負レンズＧ３３を接合した接合レンズ、負レンズＧ３４と正レンズＧ３５を接合した接合レンズで構成している。

第３レンズ群Ｌ３は主たる変倍を行うレンズ群であり、ズーミングに伴う収差変動が起こりやすいので、比較的対称なレンズ構成とすることでズーミング時の収差変動を低減している。

又、第３レンズ群Ｌ３中の最も物体側に配される正レンズＧ３１は、軸外光線が大きく屈折しても軸外諸収差が多く発生しないように物体側の面を凸形状にしている。

更に、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の面は軸上光線が最も高くなる面であるので、この面を非球面形状とすることで球面収差、コマ収差を良好に補正している。

又、実施例１〜４では負レンズＧ２２の像側の面を、実施例５では負レンズＧ２３の像側の面を凹形状としている。これにより正レンズＧ２１の物体側のレンズ面で発生するコマ収差を負レンズＧ２２又は負レンズＧ２３の像側のレンズ面で補正している。

以上のようなレンズ構成とすることで、高ズーム比化に伴う第３レンズ群Ｌ３からの収差の発生を全ズーム域で低減している。

各実施例において第４レンズ群Ｌ４は、１枚の正レンズで構成している。

第４レンズ群Ｌ４は、第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３群の合成屈折力を分担し、フィールドレンズの役割を持たせている。これにより固体撮像素子を用いた撮像装置で必要な像側にテレセントリックな結像を達成している。

尚、第４レンズ群Ｌ４は広角端から望遠端への変倍に際して物体側に凸状の軌跡で、又は像側に移動させているが、各実施例のズームレンズとして変倍のためには不動としても良い。不動とすると駆動のために必要なメカ部材、アクチュエーター等が不要となる。

又、各実施例のズームレンズではフォーカシングを構成レンズ枚数が少ない第４レンズ群Ｌ４で行っている。これによればフォーカスレンズユニットが小型化され好ましい。

以上のように、各実施例では負の屈折力のレンズ群より先行するズームレンズにおいて、前述の如くレンズ群を構成することにより、高いズーム比と撮像装置の厚み方向の薄型化を両立した高性能なズームレンズを得ている。

尚、各実施例において諸収差のうち歪曲収差は公知の電気的な収差補正方法を用いて補正してもよい。

次に、各実施例の数値実施例を示す。
各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉはレンズ面の曲率半径である。Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、Ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。

また、非球面形状は、光の進行方向を正とし、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量とする。ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径とする。ｋを円錐定数、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ｅを非球面係数とするとき、
ｘ ＝ （ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）＊（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋Ｂ＊ｈ^４＋Ｃ＊ｈ^６＋Ｄ＊ｈ^８＋Ｅ＊ｈ^１０
なる式で表している。

なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。
又、最も像側の２つの面はフェースプレート等のガラスブロックである。
又、前述の各条件式と数値実施例との関係を（表４）に示す。

（数値実施例１）

f=4.81〜14.46〜33.68 Fno=2.8〜4.0〜5.8 2ω=73.1°〜27.7°〜12.1°
R1= 182.722 D1= 1.45 Nd1= 1.86400 νd1= 40.6
*R2= 13.061 D2= 4.07
R3= ∞ D3= 18.00 Nd2= 1.80610 νd2= 40.9
R4= ∞ D4= 0.50
R5= 56.583 D5= 2.01 Nd3= 1.80518 νd3= 25.4
R6= -147.160 D6= （可変）
*R7= -53.325 D7= 0.68 Nd4= 1.74320 νd4= 49.3
R8= 32.922 D8= 0.34
R9= 25.311 D9= 2.10 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= 56.849 D10= （可変）
R11= ∞（開口絞り） D11= 0.50
*R12= 11.753 D12= 5.77 Nd6= 1.77250 νd6= 49.6
R13= -25.073 D13= 0.50 Nd7= 1.58144 νd7= 40.8
R14= 10.539 D14= 2.50
R15= 32.424 D15= 0.50 Nd8= 1.92286 νd8= 18.9
R16= 10.086 D16= 1.50 Nd9= 1.63555 νd9= 22.7
R17= 30.802 D17= 2.60 Nd10= 1.74320 νd10= 49.3
R18= -62.505 D18= （可変）
R19= 16.208 D19= 2.40 Nd11= 1.48749 νd11= 70.2
R20= 62.974 D20= （可変）
R21= ∞ D21= 1.28 Nd12= 1.51633 νd12= 64.1
R22= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 0.00000E+00 -6.70249E-05 7.63001E-08 -3.41037E-09 6.65075E-12
R7 0.00000E+00 -1.07616E-05 2.53956E-08 -2.60415E-09 2.52178E-11
R12 0.00000E+00 -5.04203E-05 -2.70636E-07 -1.63903E-10 -2.25869E-11

（数値実施例２）

f=4.71〜12.75〜25.9 Fno=2.8〜4.0〜5.6 2ω=74.3°〜31.3°〜15.7°
R1= 179.323 D1= 1.45 Nd1= 1.77250 νd1= 49.6
*R2= 11.634 D2= 3.78
R3= ∞ D3= 18.00 Nd2= 1.80610 νd2= 40.9
R4= ∞ D4= 0.46
R5= 38.419 D5= 2.01 Nd3= 1.80518 νd3= 25.4
R6= 137.337 D6= （可変）
*R7= -30.313 D7= 0.68 Nd4= 1.74320 νd4= 49.3
R8= 64.766 D8= 0.34
R9= 43.847 D9= 2.10 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= -670.518 D10= （可変）
R11= ∞（開口絞り） D11= 0.50
*R12= 9.048 D12= 4.35 Nd6= 1.77250 νd6= 49.6
R13= -13.139 D13= 0.50 Nd7= 1.58144 νd7= 40.8
R14= 8.606 D14= 0.94
R15= 25.434 D15= 0.50 Nd8= 1.92286 νd8= 18.9
R16= 5.768 D16= 1.34 Nd9= 1.69560 νd9= 17.7
R17= 16.615 D17= 2.60 Nd10= 1.80139 νd10= 45.5
*R18= 240.596 D18= （可変）
R19= 13.499 D19= 2.40 Nd11= 1.48749 νd11= 70.2
R20= -216.397 D20= （可変）
R21= ∞ D21= 1.28 Nd12= 1.51633 νd12= 64.1
R22= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 0.00000E+00 -8.88164E-05 -3.24354E-07 -4.54027E-10 -2.38609E-11
R7 0.00000E+00 1.55656E-06 -6.02482E-07 9.01560E-09 -4.10627E-11
R12 0.00000E+00 -1.15877E-04 -7.21885E-07 -2.20159E-08 -1.44216E-10
R18 0.00000E+00 2.26071E-05 4.11188E-08 -3.91237E-08 -2.44569E-09

（数値実施例３）

f=6.00〜18.39〜35.50 Fno=3.2〜4.5〜5.6 2ω=61.5°〜22.0°〜11.5°
R1= 61.558 D1= 1.45 Nd1= 1.77250 νd1= 49.6
*R2= 13.821 D2= 3.78
R3= ∞ D3= 16.00 Nd2= 1.83481 νd2= 42.7
R4= ∞ D4= 0.23
R5= 34.704 D5= 2.01 Nd3= 1.78590 νd3= 44.2
R6= 273.557 D6= （可変）
*R7= -23.362 D7= 0.68 Nd4= 1.74320 νd4= 49.3
R8= 28.439 D8= 0.50
R9= 27.270 D9= 2.10 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= 869.335 D10= （可変）
R11= ∞（開口絞り） D11= 0.50
*R12= 10.396 D12= 4.61 Nd6= 1.77250 νd6= 49.6
R13= -14.483 D13= 0.50 Nd7= 1.60342 νd7= 38.0
R14= 13.443 D14= 0.39
R15= 11.873 D15= 0.50 Nd8= 1.84666 νd8= 23.8
R16= 6.520 D16= 1.28 Nd9= 1.54250 νd9= 36.3
R17= 9.905 D17= 2.60 Nd10= 1.77250 νd10= 49.6
*R18= 12.977 D18= （可変）
R19= 31.234 D19= 2.40 Nd11= 1.51633 νd11= 64.1
R20= -34.575 D20= （可変）
R21= ∞ D21= 1.28 Nd12= 1.51633 νd12= 64.1
R22= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 0.00000E+00 -3.94672E-05 -2.06988E-07 8.39884E-10 -1.07967E-11
R7 0.00000E+00 -6.64533E-06 -1.62418E-07 2.20307E-09 -1.31529E-11
R12 0.00000E+00 -4.46938E-05 -4.59396E-07 -5.59902E-09 -7.28390E-11
R18 0.00000E+00 2.63788E-04 3.20366E-06 3.59807E-08 -8.56655E-10

（数値実施例４）

f=4.78〜12.8〜25.0 Fno=2.8〜4.0〜5.6 2ω=73.5°〜31.1°〜16.3°
R1= 260.272 D1= 1.45 Nd1= 1.77250 νd1= 49.6
*R2= 11.556 D2= 3.78
R3= ∞ D3= 16.00 Nd2= 1.83400 νd2= 37.2
R4= ∞ D4= 0.49
R5= 46.111 D5= 2.01 Nd3= 1.80518 νd3= 25.4
R6= 581.827 D6= （可変）
*R7= -158.493 D7= 0.68 Nd4= 1.69350 νd4= 53.2
R8= 22.275 D8= 0.34
R9= 15.046 D9= 2.10 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R10= 21.437 D10= （可変）
*R11= ∞（開口絞り） D11= 0.50
R12= 9.414 D12= 4.23 Nd6= 1.77250 νd6= 49.6
R13= -13.742 D13= 0.50 Nd7= 1.61293 νd7= 37.0
R14= 9.775 D14= 1.19
R15= 16.759 D15= 0.50 Nd8= 2.08200 νd8= 30.4
R16= 7.739 D16= 2.07 Nd9= 1.80400 νd9= 46.6
*R17= 45.372 D17= （可変）
*R18= 20.945 D18= 2.40 Nd10= 1.58313 νd10= 59.4
R19= -70.101 D19= （可変）
R20= ∞ D20= 1.28 Nd11= 1.51633 νd11= 64.1
R21= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 0.00000E+00 -7.02138E-05 -8.85766E-07 9.56564E-09 -8.41394E-11
R7 0.00000E+00 -1.75663E-05 -5.22630E-07 5.79186E-09 -4.13642E-11
R12 0.00000E+00 -7.86135E-05 -2.49900E-07 -1.41313E-08 -6.86383E-11
R17 0.00000E+00 1.59304E-04 2.23715E-06 9.24042E-08 -1.32736E-09

（数値実施例５）

f=4.99〜18.28〜39.68 Fno=2.8〜4.5〜5.8 2ω=71.2°〜22.1°〜10.3°
R1= 549.708 D1= 1.50 Nd1= 1.77250 νd1= 49.6
*R2= 15.945 D2= 3.78
R3= ∞ D3= 18.00 Nd2= 1.80610 νd2= 40.9
R4= ∞ D4= 0.46
R5= 44.223 D5= 2.00 Nd3= 1.80518 νd3= 25.4
R6= 180.150 D6= （可変）
R7= -42.854 D7= 0.68 Nd4= 1.74320 νd4= 49.3
R8= 33.330 D8= 2.10 Nd5= 1.84666 νd5= 23.8
R9= 2538.594 D9= （可変）
R10= ∞（開口絞り） D10= 0.50
*R11= 12.149 D11= 6.41 Nd6= 1.77250 νd6= 49.6
R12= -19.954 D12= 0.50 Nd7= 1.58144 νd7= 40.8
R13= 11.659 D13= 0.40 Nd8= 1.92286 νd8= 18.9
*R14= 9.327 D14= 1.68
R15= 24.039 D15= 0.50 Nd9= 1.69560 νd9= 17.7
R16= 11.414 D16= 3.22 Nd10= 1.80139 νd10= 45.5
R17= 263.343 D17= （可変）
*R18= 188.394 D18= 2.40 Nd11= 1.48749 νd11= 70.2
R19= -18.073 D19= （可変）
R20= ∞ D20= 1.28 Nd12= 1.51633 νd12= 64.1
R21= ∞

非球面係数
k B C D E
R2 0.00000E+00 -2.34521E-05 -1.86967E-07 6.79397E-10 -2.70882E-12
R11 0.00000E+00 -3.68661E-05 -2.92404E-07 -2.49403E-09 -7.49039E-12
R14 0.00000E+00 5.12165E-05 -2.09782E-08 -9.18939E-09 -1.67895E-10
R18 0.00000E+00 -2.07511E-04 7.76355E-06 -3.89543E-07 7.33657E-09

図２２は本発明のズームレンズを用いたデジタルカメラの要部概略図である。

図２２において、１０はデジタルカメラ本体、１１は本発明に係る像を形成するズームレンズである。１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。１５は本発明に係るズームレンズのカメラボディー内での概略な光学系配置関係を示す。

このように本発明のズームレンズを像を受光する固体撮像素子を用いたデジタルカメラ等に適用することにより、特にカメラボディー形態を薄型化がなされるような、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

またこの例では、ズームレンズを横位置撮影時に反射部材で偏向された光軸が上下（垂直）方向になるように配置を行っているが、前記偏向された光軸が左右（水平）方向になるように配置しても良い。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラの撮影光学系に使用すれば、小型で高性能な撮像装置が実現できる。

実施例１の光路を９０度折り曲げたときのレンズ断面図 実施例１の広角端におけるレンズ断面図 実施例１の広角端における収差図 実施例１の中間のズーム位置における収差図 実施例１の望遠端における収差図 実施例２の広角端におけるレンズ断面図 実施例２の広角端における収差図 実施例２の中間のズーム位置における収差図 実施例２の望遠端における収差図 実施例３の広角端におけるレンズ断面図 実施例３の広角端における収差図 実施例３の中間のズーム位置における収差図 実施例３の望遠端における収差図 実施例４の広角端におけるレンズ断面図 実施例４の広角端における収差図 実施例４の中間のズーム位置における収差図 実施例４の望遠端における収差図 実施例５の広角端におけるレンズ断面図 実施例５の広角端における収差図 実施例５の中間のズーム位置における収差図 実施例５の望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 開口絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
１０ カメラ本体
１１、１５ ズームレンズ
１２ ストロボ
１３ 外部式ファインダー
１４ シャッターボタン

Claims (13)

1. 物体側から像側へ順に、負の屈折力の第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レンズ群で構成され、
   広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   該第１レンズ群はズーミングに際して不動であり、
   該第１レンズ群は、光路折り曲げ用の光学素子と正レンズと負レンズを有し、
   無限遠物体合焦時の広角端における該第３レンズ群の結像横倍率をβ３Ｗとするとき、
   ０．３ ＜ ｜β３Ｗ｜ ＜ ０．５
   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. 前記第１レンズ群を構成する正レンズの材料のアッベ数をν１ｐ、負レンズの材料のアッベ数をν１ｎとするとき、
   ５ ＜ ｜ν１ｐ−ν１ｎ｜ ＜ ３０
   なる条件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. 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、
   広角端における全系の焦点距離をｆＷとするとき、
   ２．６ ＜ ｜ｆ１２Ｗ｜／ｆＷ ＜ ４．０
   なる条件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. 前記第４レンズ群はフォーカスに際して光軸上移動し、該第４レンズ群に含まれる正レンズの物体側の面の曲率半径をｒ４ａ、像側の面の曲率半径をｒ４ｂとするとき、
   −５．０ ＜ （ｒ４ａ＋ｒ４ｂ）／（ｒ４ａ−ｒ４ｂ） ＜ １．０
   なる条件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レンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも１つの正レンズの材料のアッベ数をνｄ３ｐ、部分分散比をθｇＦ３ｐとするとき、
   −０．００１６８＊νｄ３ｐ ＋ ０．６４４＜θｇＦ３ｐ
   なる条件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レンズ群は負レンズを有し、このうち少なくとも１つの負レンズの材料のアッベ数をνｄ３ｎ、部分分散比をθｇＦ３ｎとするとき、
   θｇＦ３ｎ ＜ −０．００１６８＊νｄ３ｎ ＋ ０．６４４
   なる条件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。
7. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズ、光路折り曲げ用の光学素子、物体側が凸面の正レンズより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項のズームレンズ。
8. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズの独立した２つのレンズ又は負レンズと正レンズとの接合レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項のズームレンズ。
9. 前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズとの接合レンズ、負レンズと正レンズと正レンズとの接合レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズとの接合レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズ。
11. 前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズと負レンズとの接合レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズ。
12. 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項のズームレンズ。
13. 請求項１から１２のいずれか１項のズームレンズと、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することを特徴とする撮像装置。