JP5059210B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、或いは監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置に好適なものである。

固体撮像素子を用いた撮像装置用の撮影レンズには撮像装置の小型化に伴って、小型でかつ高ズーム比のズームレンズが要求されている。ズームレンズとして、最も物体側のレンズ群が負の屈折力であるネガティブリードタイプのズームレンズは前玉径を小さくしやすく小型化に有利である。

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である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良い。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良い。

ネガティブリード型で最も像側のレンズ群が正の屈折力であるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群ズームレンズが知られている（特許文献１〜５）。

特許文献１は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第４レンズ群が物体側に大きく移動するズームレンズを開示している。

特許文献２〜５は、ズーミングに際して、第２レンズ群は大きく移動するが、第４レンズ群はあまり移動しないズームレンズを開示している。

一方、ズームレンズに偶発的に振動が伝わると撮影画像にブレが生じるので、この偶発的な振動による画像のブレを補償する機構（防振機構）を具備したズームレンズが種々と提案されている。例えばズームレンズを構成する一部のレンズ群を光軸と略垂直な方向に移動させて振動する画像ブレを補償し、静止画像を得るズームレンズが知られている（特許文献６、７）。

特許文献６、７では加速度センサー等を利用してズームレンズの振動を検出し、このとき得られる信号に応じ、ズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動することにより静止画像を得ている。

ズームレンズの一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う方法は、防振のために特別に余分な光学系を必要とせず、又防振のためのレンズ群を最小構成とすることができる。また駆動トルクを抑え防振のためのアクチュエーターを小型化することができるという特長がある。

特開平８−１５２５５８号公報 特開平１０−３３３０３４号公報 特開２００３−１３１１３０号公報 特開２００４−６９８０８号公報 特開２００４−２０５７９６号公報 特開平１−１１６６１９号公報 特開平２−１２４５２１号公報

近年デジタルカメラ用のズームレンズには、高ズーム比と、撮影画角の広画角化、そして撮影される像の高画質化が強く求められている。

前述したネガティブリード型の４群ズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群と第４レンズ群の間隔を広げるとズーム比を高めることができる。

更に第３レンズ群に変倍作用を持たせるように他のレンズ群とは独立に移動させるとより高いズーム比が容易に得られる。

特許文献１はズーミングに際して第４レンズ群が物体側に大きく移動する構成であるため、高ズーム比が難しく、ズーム比が２．３程度である。

特許文献４、５は、ズーミングの為には、第１レンズ群を不動としている。

第１レンズ群をズーミングの為に不動にすると、変倍に伴う像面変動の補正を第１レンズ群以外のレンズ群で行う必要がある。第２レンズ群は主変倍レンズ群であり像面補正レンズ群には向いていない。第４レンズ群で変倍に伴う像面補正を行う場合は、ズーミングに際して像側に凸状の軌跡を有して移動することとなり、長いバックフォーカスを多く必要とし、レンズ系全体の小型化が難しい。また第３レンズ群で変倍に伴う像面変動の補正を行う場合は変倍作用を高めるための移動と両立するとは限らず高ズーム比化が難しい。

一方ズームレンズの一部のレンズ群を防振用の補正レンズ群とし、光軸に対して垂直方向に平行偏心させて画像ぶれを補正し、静止画像を得る光学系においては、比較的容易に画像ぶれを補正することができる利点がある。

前述した４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を防振用の補正レンズ群として光軸と垂直な方向に動かして画像ぶれの補正を行う場合、第３レンズ群のレンズ構成は駆動トルクを小さくする為に極力小型であることが好ましい。

第３レンズ群のレンズ構成が大型化してくると、第３レンズ群を変位させる為に大きなトルクの駆動手段が必要となり、レンズ系全体が大型化してくる。

又、防振用の補正レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要であり、不適切であると、防振時において偏心収差が多く発生して、画質が低下してくる。

この為、防振機構を有するズームレンズには、画像ぶれの補正時に光学的な性能劣化が少なく、同時に良好な補正特性を得るため防振用の補正レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが必要となってくる。

本発明は、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも射出瞳位置が像面から十分遠い、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の提供を目的とする。

この他本発明は、小型化でかつ振動補償時に良好な画像を維持することができる防振機能を有したズームレンズ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、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群からなり、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さくなり、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が大きくなるように、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は物体側へ移動し、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡に沿って移動するズームレンズであって、前記第３レンズ群は負レンズと正レンズを接合した接合レンズからなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３ｗ、ｄ２３ｔ、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ３４ｗ、ｄ３４ｔ、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、前記接合レンズを構成する正レンズの焦点距離をｆ３ｐ、前記３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記接合レンズを構成する負レンズと正レンズの材料のアッベ数を各々ν３ｎ、ν３ｐとするとき、
１．５＜(ｄ２３ｔ＋ｄ３４ｔ)／（ｄ２３ｗ＋ｄ３４ｗ）＜７．０
−５．０＜（Ｒ３ａ＋Ｒ３ｂ）／（Ｒ３ａ−Ｒ３ｂ）＜１．０
０．３＜ｆ３ｐ／｜ｆ３｜＜１．８
１０＜ν３ｎ−ν３ｐ＜５０
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも射出瞳位置が像面から十分遠い、撮像手段として、固体撮影素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズが得られる。

参考例１のズームレンズのレンズ断面図 参考例１のズームレンズの広角端における諸収差図 参考例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 参考例１のズームレンズの望遠端における諸収差図 参考例２のズームレンズのレンズ断面図 参考例２のズームレンズの広角端における諸収差図 参考例２のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 参考例２のズームレンズの望遠端における諸収差図 参考例３のズームレンズのレンズ断面図 参考例３のズームレンズの広角端における諸収差図 参考例３のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 参考例３のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例１のズームレンズのレンズ断面図 実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例２のズームレンズのレンズ断面図 実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例２のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例３のズームレンズのレンズ断面図 実施例３のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例３のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における諸収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

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。

図１は本発明の参考例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図、図２、図３、図４はそれぞれ参考例１のズームレンズの広角端、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。

図５は本発明の参考例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ参考例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図９は本発明の参考例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２はそれぞれ参考例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１３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、図１４、図１５、図１６はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１７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、図１８、図１９、図２０はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図２１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、図２２、図２３、図２４はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図２５は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ（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影レンズ系である。

図１、５、９、１３、１７、２１に示したレンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。

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は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。

ＳＰは光量調整用の開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズ面より像側に（数値実施例をｍｍ単位で表わしたときレンズ面より像側に０．５ｍｍの位置に）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光学ブロックである。

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影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

収差図においては、ｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはｄ線のメリジオナル像面、ｄ線のサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表わしている。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（各実施例では第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３）が機構上光軸上を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。

各実施例において各レンズ群は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、レンズ断面図中の矢印で示すように移動している。

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２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３はともに物体側に独立に移動する。第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の合成系はズーミング中常に正の屈折力を有しており、ともに物体側に独立に移動することで合成系の結像倍率を変化させてズーミングを行っている。変倍に伴う像点の移動は主に第１レンズ群Ｌ１を移動させて補正している。

中間のズーム位置において第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の合成系の横倍率が等倍となるように構成しており、結果として第１レンズ群Ｌ１はズーミングに際して像側に凸状の軌跡で移動する。このような構成とすることで所定のズーム比を確保しつつ、ズーミングに伴う第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の移動量を極力低減している。なお、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２がズーミングに際して以上のような移動を行うことにより、広角端から望遠端へのズーミングに向かって第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔は狭まるようにしている。

変倍機能を有する第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を正、負の屈折力のレンズ群より成るテレフォト配置とすることで、第４レンズ群Ｌ４までの間隔を短縮し全長の短縮化を図っている。

一般に、第１レンズ群が負の屈折力より成るネガティブリードタイプのレンズ系は高ズーム化により全長が長くなりやすいが、このような構成とすることで高ズーム化と全長の短縮化の両立を図っている。

またレンズ鏡筒構造を沈胴式として非撮影時の薄型化を狙う場合、各レンズ群の沈胴位置から撮影状態までの移動ストロークが短縮されるとカム環の光軸方向の寸法が短縮されレンズ鏡筒の小型化につながる。

各実施例では沈胴状態での鏡筒ユニットの小型化を達成するために第３レンズ群Ｌ３を負の屈折力としている。

第３レンズ群Ｌ３はズーミング中第２レンズ群Ｌ２と独立に移動させている。

特に広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を広げるようにして、ズーム比を高めている。具体的には第２レンズ群Ｌ２に比べ第３レンズ群Ｌ３の移動量が小さくなるように移動させている。このようにすると第３レンズ群Ｌ３の移動量を第２レンズ群Ｌ２と同じ移動量とするのに比べてズーム比を高めることができ、これによって望遠端の全長を短くしつつ高ズーム比化を図っている。

フォーカシングは構成レンズ枚数が少ない第３レンズ群Ｌ３もしくは第４レンズ群Ｌ４で行うのが良く、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。第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群とする場合、望遠端にて結像倍率１を大きく越えるような結像倍率とすれば望遠側のフォーカス敏感度を高くすることができる。

インナーフォーカス、リアフォーカスとすると同じ被写体距離に対して望遠側では広角側に比べてレンズ繰出し量が大きくなりやすくフォーカスストロークが増大する。このような構成とすればフォーカスストロークが短縮され、レンズ鏡筒構成にて光軸方向の小型化が図れるというメリットがある。また、第３レンズ群Ｌ３にて防振を行う場合はフォーカスを第４レンズ群Ｌ４として防振レンズ群とフォーカスレンズ群を切り分けるという構成がレンズ鏡筒の構成上好ましい。

次に各レンズ群のレンズ構成及び開口絞りＳＰについて説明する。

第１レンズ群Ｌ１は物体側より像側へ順に、像側の面が凹形状の負の屈折力のレンズ（負レンズ）、物体側の面が凸面でメニスカス形状の正の屈折力のレンズ（正レンズ）で構成している。このような構成により少ないレンズ枚数で、全系の小型化を図りながら諸収差を良好に補正している。

第１レンズ群Ｌ１中に非球面を用いるのが良く、これによれば広角側のズーム領域で歪曲収差、像面彎曲、望遠側のズーム領域で球面収差を良好に補正するのが容易となる。特に負レンズの像側のレンズ面にレンズ面中心から周辺に向かって曲率が緩くなるような形状の非球面を用いて、諸収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は物体側より像側へ順に、正レンズと負レンズからなる全体として正の屈折力の接合レンズ、負レンズと正レンズからなる正の屈折力の接合レンズで構成している。第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の正レンズは第１レンズ群Ｌ１を射出した軸外主光線が大きく屈折して軸外諸収差が多く発生しないよう物体側の面を凸形状にしている。また、第１レンズ群Ｌ１を発散状態で射出した軸上光束に対して球面収差の発生量を抑えるためにも物体側の面が凸形状が好ましい。更に物体側のレンズ面を非球面形状とするのが良く、これによれば大口径化した際の球面収差ならびにコマ収差等を良好に補正することができる。

第２レンズ群Ｌ２は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型のレンズ構成として、ズーミングに伴う収差変動を低減している。第２レンズ群Ｌ２は中間のズーム位置において等倍結像としているためトリプレット型の発展形である正、負、負、正レンズのレンズ構成として諸収差を良好に補正し、かつズーミングによる収差変動も小さくしている。

特に高ズーム比とする場合にはこのようなレンズ構成が収差補正上有効である。また小型化を目的としてレンズ枚数を削減する場合にも正、負、正レンズの屈折力配置を維持することが好ましい。

各実施例において、正、負、正レンズのレンズ構成で接合レンズを持たない一般的なトリプレット型であっても良く、又物体側より順に正レンズと負レンズで構成される正の屈折力の接合レンズと、正レンズの３枚レンズ構成であってもよい。この場合接合レンズとその後方の正レンズとの間の空気レンズを負の屈折力とすることでトリプレット型の屈折力配置を構成するのが良い。

開口絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２の最も物体側レンズ面の頂点より像側に位置しているため、小絞りとすることはできず、主に開放状態の光束を決めるために用いている。このような構成とすると絞りユニットのためのスペースを第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に設ける必要がないため望遠端における全長の短縮が容易となる。なお光量調節を行うためには第２レンズ群Ｌ２の像側に小絞り可能な絞りユニットを設けることもしくはＮＤフィルターを光路中より挿脱可能に設けても良い。

第３レンズ群Ｌ３は接合レンズのみで構成されている。

具体的には、第３レンズ群Ｌ３は負レンズと正レンズの接合レンズより成り、これにより、全系の小型軽量化を図っている。第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように動かして防振を行っても良い。この場合は防振ユニットの小型化、省電力化の点でこのように少ないレンズで構成とするのが好ましい。なお、防振時の色収差変動を低減するには第３レンズ群Ｌ３の色収差自体が十分小さいことが必要である。

第３レンズ群Ｌ３に正レンズと負レンズを用いて色消しを行えばさらに色収差を低減することができる。この場合は第３レンズ群Ｌ３のレンズ構成は小型軽量化の観点で負レンズと正レンズからなる負の屈折力の接合レンズのみとするのが良い。

第４レンズ群Ｌ４は正の屈折力の１つのレンズ成分から成っている。第４レンズ群Ｌ４は固体撮像素子を用いた撮影装置に好適となるよう像側がテレセントリックとなるように、フィールドレンズの役割を持たせている。

なお第４レンズ群Ｌ４はズーミングにおいて固定でも良く、又移動させても良い。図１、図５、図１７の参考例１、２、実施例２において第４レンズ群Ｌ４はズーミングのためには不動である。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。またズーミング中移動する場合は、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側に多く移動しないようにするのがよい。第４レンズ群Ｌ４が物体側へ多く移動すると第４レンズ群Ｌ４の倍率が低下するため全系のズーム比を低下させてしまう。第４レンズ群Ｌ４の物体側への多少の移動は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の倍率変化を大きくすることで所望のズーム比を維持できるが、第４レンズ群Ｌ４の物体側への移動量が大きすぎると所望のズーム比を得ることが困難となる。よって高ズーム化を図るためには広角端から望遠端へのズーミングに際して２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の間隔を広がるように構成することがよい。さらに第４レンズ群Ｌ４を広角端から望遠端へのズーミングに際して像側に移動させるとズーム作用がより高まるので良い。

各実施例では次の条件のうち１以上を満足するようにし、これによって各条件式に相当する効果を得ている。

第２レンズ群Ｌ２と該第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３ｗ，ｄ２３ｔとする。該第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ３４ｗ，ｄ３４ｔ，第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３ａ、Ｒ３ｂとする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３の移動量を各々Ｍ２、Ｍ３（符号は像側への移動を正、物体側への移動量を負とする。）とする。第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、該第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２において、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離を各々ＤＬ１、ＤＬ２とする。第４レンズ群Ｌ４の最も物体側のレンズ面と、最も像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ、Ｒ４ｂとする。第３レンズ群Ｌ３が負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズを接合した接合レンズからなるときは、接合レンズの正の屈折力のレンズの焦点距離をｆ３ｐ、接合レンズの負の屈折力のレンズと、正の屈折力のレンズの材料のアッベ数を各々ν３ｎ、ν３ｐとする。このとき、
１．５＜(ｄ２３ｔ＋ｄ３４ｔ)／（ｄ２３ｗ＋ｄ３４ｗ）＜７．０・・・（１）
−５．０＜（Ｒ３ａ＋Ｒ３ｂ）／（Ｒ３ａ−Ｒ３ｂ）＜１．０・・・（２）
０．６＜Ｍ３／Ｍ２≦１．０・・・（３）
３．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０・・・（４）
０．５＜ＤＬ１／ｆｗ＜１．５・・・（５）
０．５＜ＤＬ２／ｆｗ＜１．５・・・（６）
−２．５＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜０．０・・・（７）
２．０＜ｆ４／ｆｗ＜６．０・・・（８）
０．３＜ｆ３ｐ／｜ｆ３｜＜１．８・・・（９）
１０＜ν３ｎ−ν３ｐ＜５０・・・（１０）
なる条件の１つ以上を満足している。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）は第２レンズ群Ｌ２から第４レンズ群Ｌ４までの空気間隔の和について広角端と望遠端での値の比率を規定する式である。上限を超えて広角端における第２レンズ群Ｌ２から第４レンズ群Ｌ４までの空気間隔の和に対して望遠端におけるそれが大きすぎる場合は望遠端における全長が長すぎるため全系の小型化が難しい。下限を超えて広角端における第２レンズ群Ｌ２から第４レンズ群Ｌ４までの空気間隔の和に対して望遠端におけるそれが小さすぎる場合は、第４レンズ群Ｌ４が大きく物体側に移動しているか、第２レンズ群Ｌ２の物体側への移動が小さい場合である。いずれの場合もズーム比が得られにくいため高ズーム化が困難となる。

条件式（２）は第３レンズ群Ｌ３のシェープファクターを規定する式である。上限を超えて像側のレンズ面の曲率がきつすぎると第３レンズ群Ｌ３で防振する時の像倒れが多く発生する。下限を超えて物体側のレンズ面の曲率がきつすぎると防振時の偏芯コマ収差の発生が多くなってくる。

条件式（３）はズーミング時の第２レンズ群Ｌ２の移動ストロークに対する第３レンズ群Ｌ３の移動ストロークの比率を規定する式である。条件式（３）が１となるのは第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が同じ移動ストロークの時である。条件式（３）の上限値１を越える場合は第２レンズ群Ｌ２に比べて第３レンズ群Ｌ３の方の移動ストロークが大きい場合であるが、このときは、ズーム作用を弱めてしまうため高ズーム比化が困難となる。なお条件式（３）が１の場合は高ズーム化に対する第３レンズ群Ｌ３の寄与はないがズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体とできるため鏡筒構成が簡素化されるメリットがある。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の移動ストロークが小さすぎると、すなわち望遠端にて第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が開きすぎると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３で構成されるテレフォト配置が望遠側で強まりすぎる。この結果必要なレンズバックの確保が困難となる。

条件式（４）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱すぎると第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３で構成するテレフォト配置が弱まりレンズ全長を短縮する効果が薄れる。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強すぎると第３レンズ群Ｌ３で防振するときの収差変動が大きくなる。防振時の収差変動を低減するには条件式（２）と条件式（４）の双方を満たすのが好ましい。

条件式（５）は第１レンズ群Ｌ１の光軸方向の長さを規定する式である。上限を超えると第１レンズ群Ｌ１が長すぎるため小型化が難しくなる。特に第１レンズ群Ｌ１は厚みが大きいとそれにともないレンズ外径も大型化するため鏡筒径の大型化を招く。下限を超える場合はレンズ構成２枚にて空気間隔を小さくするか、負レンズ１枚で構成する場合に相当する。前者は望遠側の球面収差を十分に補正するのが難しくなる。後者の場合は色収差を良好に補正するのが難しくなる。

条件式（６）は第２レンズ群Ｌ２の光軸方向の長さを規定する式である。上限を超えると第２レンズ群Ｌ２が長すぎるため小型化が難しくなる。下限を超える場合は、第２レンズ群Ｌ２の構成枚数が少ない場合であるが、ズーミングに伴う収差変動を低減するために必要な対称的なレンズ構成とすることが難しくなり光学性能が低下してくる。

条件式（７）は第４レンズ群Ｌ４のシェープファクターを規定する式である。条件式（７）にて０となるのは物体側のレンズ面と像側のレンズの曲率が等しい両レンズ面が凸形状である。条件式（７）が０より大きいと物体側のレンズ面より像側のレンズ面の曲率がきつい形状となる。上限を超えて物体側のレンズ面より像側のレンズ面の曲率がきつくなると軸上光束におけるマージナル光線の第４レンズ群Ｌ４への入射角が大きくなり球面収差の発生が多くなる。条件式（７）にて−１より小さいときは、レンズ形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状を意味する。下限を超えてメニスカスの度合いが強まりすぎると第４レンズ群Ｌ４への軸外光線の入射角が大きくなり非点収差の発生が多くなる。

条件式（８）は第４レンズ群Ｌ４の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限値を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が弱すぎると特に、広角端において射出瞳を像面から遠ざける作用が薄れ固体撮像素子を用いた時の画面周辺におけるシェーディングが多くなる。下限値を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が強すぎるとフィルターを挿入するために必要な長さのバックフォーカスを確保するのが難しくなる。

条件式（９）、（１０）は、第３レンズ群Ｌ３を接合レンズにて構成した場合のものである。

条件式（９）は第３レンズ群Ｌ３を構成する接合レンズの正レンズの焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて屈折力が弱すぎる場合は、第３レンズ群Ｌ３にて色消しを行う作用が薄れるため接合とする特長がなくなる。この場合は第３レンズ群Ｌ３を低分散の負レンズ１枚で構成した方が小型軽量化され好ましい。下限を超えて屈折力が強すぎる場合はペッツバール和が正の方向に大きくなりアンダー側の像面湾曲が多くなる。

条件式（１０）は第３レンズ群Ｌ３を構成する接合レンズの正レンズと負レンズの材料のアッベ数の差を規定する式である。上限を超えてアッベ数の差が大きすぎると特に、正レンズの材料の分散が大きくなりすぎるのでよくない。アッベ数の小さいすなわち分散が大きい硝材は一般的に部分分散比が大きいため二次スペクトルが悪化しやすい。よって上限を超えると望遠側の二次スペクトルが増大する傾向となる。下限を超えてアッベ数の差が小さすぎると第３レンズ群Ｌ３にて色消しを行う作用が薄れるため接合とする特長が少なくなる。この場合は第３レンズ群Ｌ３を低分散の負レンズ１枚で構成した方が小型軽量化され好ましい。

尚、更に好ましくは、条件式（１）〜（１０）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

２．０＜(ｄ２３ｔ＋ｄ３４ｔ)／（ｄ２３ｗ＋ｄ３４ｗ）＜６．０・・・（１ａ）
−４．０＜（Ｒ３ａ＋Ｒ３ｂ）／（Ｒ３ａ−Ｒ３ｂ）＜０．９８・・・（２ａ）
０．６４＜Ｍ３／Ｍ２≦１．０・・・（３ａ）
３．５＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜９．０・・・（４ａ）
０．６＜ＤＬ１／ｆｗ＜１．２・・・（５ａ）
０．６＜ＤＬ２／ｆｗ＜１．３・・・（６ａ）
−２．３＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜０．０・・・（７ａ）
２．５＜ｆ４／ｆｗ＜５．５・・・（８ａ）
０．３＜ｆ３ｐ／｜ｆ３｜＜１．４・・・（９ａ）
１５＜ν３ｎ−ν３ｐ＜４５・・・（１０ａ）
以上のように、各構成を特定することにより、各実施例では負、正、負、正の屈折力の４群構成において小型かつ高変倍でありながら射出瞳を像面から十分離して固体撮像素子を用いたカメラに好適なズームレンズを達成している。

又、防振用の補正レンズ群が小型で画像ぶれの補正時の収差変動が小さい高性能なズームレンズを達成している。

尚、各実施例において、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は／及び第４レンズ群Ｌ４の像側に屈折力の小さなレンズ群やコンバーターレンズ等を配置しても良い。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図２５を用いて説明する。

図２５において、２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２は撮影光学系２１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２が受光した被写体像を記録するメモリである。２４は不図示の表示素子によって構成され、撮像素子２２上に形成された被写体像が表示される。

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等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

尚、本発明のズームレンズはビデオカメラや一眼レフカメラにも同様に適用することができる。

次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例１乃至３は参考例１乃至３に相当し、数値実施例４乃至６は実施例１乃至３に相当する。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、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面の間隔、Ｎｉ、νｉ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、最も像側の２つの面はフェースプレート等のガラス材である。

非球面形状は光軸から高さｈの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋{１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２}^１／２］
＋Ｂｈ^４＋ＣＨ^６＋Ｄｈ^８＋Ｅｈ^１０
で表わされる。但し、ｋは円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面形状、Ｒは近軸曲率半径である。

又「ｅ−０ｘ」は「×１０^−ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。

又、前述の各条件式と各実施例と各参考例の関係を表１に示す。

数値実施例１
ｆ＝6.00〜 30.00 Ｆｎｏ＝ 2.63 〜 6.50 ２ω＝58.4゜ 〜 12.7゜
R 1 = 67.813 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.631 D 2 = 1.80
R 3 = 9.865 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 30.665 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.381 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -44.328 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.238 D 8 = 0.77
R 9 = 9.468 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 5.523 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -25.588 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 24.988 D13 = 可変
R14 = 9.866 D14 = 1.80 N 8 = 1.487490 ν 8 = 70.2
R15 = 100.000 D15 = 2.61
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

＼焦点距離 6.00 17.45 30.00
可変間隔＼
D 4 21.40 4.48 0.70
D11 1.33 5.06 8.80
D13 5.73 13.73 21.73

非球面係数
R2 ｋ=-2.17011e+00 Ｂ=1.05879e-03 Ｃ=-1.45459e-05 Ｄ=2.79987e-07
Ｅ=-2.96328e-09
R6 ｋ=-3.13049e-01 Ｂ=-1.67442e-05 Ｃ=5.31529e-08 Ｄ=-1.50332e-08
Ｅ=0.00000e+00

数値実施例２
ｆ＝5.97〜 24.00 Ｆｎｏ＝ 2.88 〜 6.45 ２ω＝58.6゜ 〜 15.9゜
R 1 = 53.440 D 1 = 1.60 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.598 D 2 = 1.80
R 3 = 9.362 D 3 = 2.10 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 25.181 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 4.645 D 6 = 1.80 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 13.686 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 3.760 D 8 = 0.93
R 9 = 10.543 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 3.952 D10 = 1.80 N 6 = 1.638539 ν 6 = 55.4
R11 = -12.448 D11 = 可変
R12 = -32.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.603112 ν 7 = 60.6
R13 = 32.000 D13 = 可変
R14 = 19.516 D14 = 1.50 N 8 = 1.487490 ν 8 = 70.2
R15 = -50.000 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

＼焦点距離 5.97 15.35 24.00
可変間隔＼
D 4 19.70 4.19 0.61
D11 0.58 0.58 0.58
D13 5.31 13.81 22.31
D15 2.98 3.98 4.98

非球面係数
R2 ｋ=-2.09614e+00 Ｂ=1.07128e-03 Ｃ=-1.20568e-05 Ｄ=2.37375e-07
Ｅ=-2.35220e-09
R6 ｋ=-2.54566e-01 Ｂ=-8.15332e-05 Ｃ=3.62659e-06 Ｄ=-2.02684e-07
Ｅ=0.00000e+00

数値実施例３
ｆ＝6.00〜 30.00 Ｆｎｏ＝ 2.58 〜 6.50 ２ω＝58.3゜ 〜 12.7゜
R 1 = 128.979 D 1 = 1.70 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.888 D 2 = 1.80
R 3 = 11.096 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 49.826 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.664 D 6 = 2.80 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 31.303 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.429 D 8 = 0.67
R 9 = 8.741 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 3.657 D10 = 2.30 N 6 = 1.638539 ν 6 = 55.4
R11 = -39.098 D11 = 可変
R12 = -8.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = -13.899 D13 = 可変
R14 = 9.780 D14 = 1.50 N 8 = 1.804000 ν 8 = 46.6
R15 = 27.000 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

＼焦点距離 6.00 17.34 30.00
可変間隔＼
D 4 21.12 4.50 0.70
D11 3.01 4.96 6.90
D13 4.88 14.13 23.38
D15 1.15 0.90 0.65

非球面係数
R2 ｋ=-2.30176e+00 Ｂ=9.83321e-04 Ｃ=-1.78261e-05 Ｄ=3.69195e-07
Ｅ=-4.02137e-09
R6 ｋ=-2.52425e-01 Ｂ=-1.54561e-05 Ｃ=-6.88624e-07 Ｄ=-1.91723e-08
Ｅ=0.00000e+00

数値実施例４
ｆ＝5.99〜 27.04 Ｆｎｏ＝ 2.80 〜 6.50 ２ω＝58.4゜ 〜 14.1゜
R 1 = 86.615 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.690 D 2 = 1.80
R 3 = 10.349 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 42.695 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.266 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -36.699 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.141 D 8 = 0.77
R 9 = 8.594 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 4.397 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -26.063 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.50 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 12.400 D13 = 0.70 N 8 = 1.698947 ν 8 = 30.1
R14 = 16.702 D14 = 可変
R15 = 10.613 D15 = 1.80 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R16 = 100.000 D16 = 3.0
R17 = ∞ D17 = 1.50 N10 = 1.516330 ν10 = 64.1
R18 = ∞

＼焦点距離 5.99 16.20 27.04
可変間隔＼
D 4 20.91 4.60 0.70
D11 1.33 2.72 4.10
D14 3.67 12.67 21.67

非球面係数
R2 ｋ=-2.33243e+00 Ｂ=1.08172e-03 Ｃ=-1.61292e-05 Ｄ=2.91295e-07
Ｅ=-2.99332e-09
R6 ｋ=-3.19253e-01 Ｂ=-2.11634e-05 Ｃ=1.59319e-06 Ｄ=-8.65277e-08
Ｅ=0.00000e+00

数値実施例５
ｆ＝6.00〜 30.00 Ｆｎｏ＝ 2.61 〜 6.50 ２ω＝58.4゜ 〜 12.7゜
R 1 = 69.786 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.634 D 2 = 1.80
R 3 = 9.879 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 31.531 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.358 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -45.863 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.222 D 8 = 0.77
R 9 = 9.483 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 5.297 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -26.063 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 8.000 D13 = 1.00 N 8 = 1.517417 ν 8 = 52.4
R14 = 22.207 D14 = 可変
R15 = 9.753 D15 = 1.80 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R16 = 100.000 D16 = 2.58
R17 = ∞ D17 = 1.50 N10 = 1.516330 ν10 = 64.1
R18 = ∞

＼焦点距離 6.00 17.45 30.00
可変間隔＼
D 4 21.32 4.46 0.70
D11 1.33 5.06 8.80
D14 4.86 12.86 20.86

非球面係数
R2 ｋ=-2.17029e+00 Ｂ=1.06699e-03 Ｃ=-1.57267e-05 Ｄ=3.21555e-07
Ｅ=-3.47495e-09
R6 ｋ=-3.15318e-01 Ｂ=-8.59800e-06 Ｃ=-2.41408e-07 Ｄ=-6.57306e-09
Ｅ=0.00000e+00

数値実施例６
ｆ＝5.97〜 24.00 Ｆｎｏ＝ 2.86 〜 6.50 ２ω＝58.6゜ 〜 15.9゜
R 1 = 191.427 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 6.197 D 2 = 1.80
R 3 = 10.744 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 46.157 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 4.377 D 6 = 2.00 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 10.125 D 7 = 0.50 N 4 = 1.846660 ν 4 = 23.9
R 8 = 3.614 D 8 = 0.60
R 9 = 11.904 D 9 = 1.20 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R10 = -26.353 D10 = 可変
R11 = -60.117 D11 = 0.50 N 6 = 1.698947 ν 6 = 30.1
R12 = 8.966 D12 = 0.90 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 1585.629 D13 = 可変
R14 = 23.900 D14 = 1.30 N 8 = 1.882997 ν 8 = 40.8
R15 = -55.565 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

＼焦点距離 5.97 14.31 24.00
可変間隔＼
D 4 19.12 5.44 1.40
D10 1.00 1.00 1.00
D13 4.39 14.14 23.89
D15 3.24 2.24 1.24

非球面係数
R2 ｋ=-2.49934e+00 Ｂ=9.13951e-04 Ｃ=-1.23291e-05 Ｄ=1.62042e-07
Ｅ=-9.96896e-10
R6 ｋ=-2.73148e-01 Ｂ=-1.72318e-05 Ｃ=3.93719e-06 Ｄ=6.93616e-08
Ｅ=0.00000e+00

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
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面

Claims (7)

1. 物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群からなり、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さくなり、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が大きくなるように、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は物体側へ移動し、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡に沿って移動するズームレンズであって、前記第３レンズ群は負レンズと正レンズを接合した接合レンズからなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２３ｗ、ｄ２３ｔ、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ３４ｗ、ｄ３４ｔ、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、前記接合レンズを構成する正レンズの焦点距離をｆ３ｐ、前記３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記接合レンズを構成する負レンズと正レンズの材料のアッベ数を各々ν３ｎ、ν３ｐとするとき、
   １．５＜(ｄ２３ｔ＋ｄ３４ｔ)／（ｄ２３ｗ＋ｄ３４ｗ）＜７．０
   −５．０＜（Ｒ３ａ＋Ｒ３ｂ）／（Ｒ３ａ−Ｒ３ｂ）＜１．０
   ０．３＜ｆ３ｐ／｜ｆ３｜＜１．８
   １０＜ν３ｎ−ν３ｐ＜５０
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の移動量を各々Ｍ２、Ｍ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   ０．６＜Ｍ３／Ｍ２≦１．０
   ３．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０
   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. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離をＤＬ１、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離をＤＬ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   ０．５＜ＤＬ１／ｆｗ＜１．５
   ０．５＜ＤＬ２／ｆｗ＜１．５
   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１つの正レンズからなり、該正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ、Ｒ４ｂ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   −２．５＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜０．０
   ２．０＜ｆ４／ｆｗ＜６．０
   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レンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて防振を行う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. 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５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズと、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。