JP5173260B2 - ズームレンズおよびそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はスチルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、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。

近年、固体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（カメラ）においては、高機能化とともに装置全体の小型化がなされている。

そしてそれに伴って、これらに用いる撮影光学系は、レンズ全長が短くコンパクトで、しかも高ズーム比のズームレンズであることが要求されている。

全系がコンパクトで４.５倍以上の高ズーム比のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成り、各レンズ群を移動させてズーミングを行う４群ズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。

このような４群ズームレンズにおいて、第２レンズ群を負レンズと正レンズの２枚のレンズで構成し、全系のコンパクト化を図った４群ズームレンズが知られている（特許文献４，５）。
特開２００４−９４２３３号公報 特開２００５−１８１４９９号公報 特開２００６−２８５０１９号公報 特開平３−１２６２５号公報 特開２００２−１０７６２４号公報

近年、撮像装置のコンパクト化に伴ってズームレンズの小型化が強く要望されている。

特に撮像装置に用いるズームレンズでは、レンズ系全体の小型化を図って且つ所定のズーム比を有しつつ、全ズーム範囲にわたる良好なる光学性能を有していることが要望されている。

またカメラの非使用時に各レンズ群を沈胴して収納する沈胴式のズームレンズにおいて、小型化を図るには、各レンズ群のレンズ枚数を少なくし、各レンズ群を小型に構成することが必要となっている。

一般にズームレンズを小型化するためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、ズーミングに伴う各レンズ群の移動量を少なくし、かつ各レンズ群のレンズ枚数を削減するのが良い。

しかしながら、このようにしたズームレンズは、ズーミングに伴う収差変動が増大し、全ズーム範囲にわたり又画面全体にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。

このため、高ズーム比とレンズ系全体の小型化を図るには、ズームタイプ、各レンズ群の屈折力、そして各レンズ群のズーミングに伴う移動条件等を適切に設定することが重要となる。

特に前述したズームタイプの４群ズームレンズでは、第１レンズ群のレンズ構成とズーミングに伴う第１レンズ群の移動量、そして変倍を行う第２レンズ群のレンズ構成等を適切に設定しないと高ズーム比を確保しつつ高い光学性能を得るのが困難になってくる。

本発明は、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られる小型のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第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レンズ群より構成され、各レンズ群を移動させ、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚以下のレンズで構成され、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からなり、広角端と望遠端におけるレンズ全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆＴ、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の光軸方向の移動量を各々ｍ１、ｍ３とし、該移動量ｍ１、ｍ３は像側へ移動する場合を正、物体側へ移動する場合を負としたとき、
−１．３＜ｍ１／√（ｆｗ・ｆＴ）＜−０．８
−２．２＜ｍ３／ｆｗ＜−１．６
−１．５＜ｆ２／ｆ３＜−０．８
なる条件を満足することを特徴としている。

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、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られる小型のズームレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。

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、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第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レンズ群より構成されている。そして、各レンズ群を移動させ、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズである。

図１は本発明の実施例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である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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（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4.85、Ｆナンバー2.63〜4.96のズームレンズである。

図３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４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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。

実施例２は、ズーム比4.84、Ｆナンバー2.64〜5.41のズームレンズである。

図５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６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）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。

実施例３は、ズーム比4.81、Ｆナンバー2.88〜4.84のズームレンズである。

図７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８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例４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。

実施例４は、ズーム比4.85、Ｆナンバー2.88〜4.90のズームレンズである。

図9は本発明のズームレンズを備える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デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。

レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の投射レンズとして用いるときは、左方がスクリーン、右方が被投射画像となる。

レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力（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は開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするFナンバー決定部材（以下、開口絞りともいう）である。開口絞りＳＰはズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と共に又は独立に移動している。

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などに相当する光学ブロックである。
ＩＰは像面であり、デジタルスチルカメラやビデオ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）の撮像面が置かれる。

又、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系とし使用する際にはフィルム面に相当する。

収差図において、ＦｎｏはＦナンバー、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはｄ線のメリディオナル像面、サジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端のズーム位置は、変倍用レンズ群が機構上、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。

次に、各レンズ群の屈折力について説明する。
第１レンズ群Ｌ１を、正の屈折力のレンズ群とすることで、特に望遠端において球面収差および軸上色収差の補正を容易にしている。

第２レンズ群Ｌ２を、負の屈折力のレンズ群とすることで、画角特性による像面変動が少なくなるようにしている。また、第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力を強めることで、広画角化およびレンズ系全体のコンパクト化を容易にしている。

第３レンズ群Ｌ３を、正の屈折力のレンズ群とすることで、ズーム全域の球面収差と非点収差を良好に補正している。
第４レンズ群Ｌ４を、正の屈折力のレンズ群とすることで、像側のテレセントリック特性を良好に実現している。又、フィールドレンズの役割を果たしている。これにより、固体撮像素子を用いた撮像装置への適用を容易にしている。

次に、ズーミングに伴う各レンズ群の移動状態について説明する。

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、矢印のように各レンズ群Ｌ１〜Ｌ４が移動している。以下、具体的な移動について説明する。

第１レンズ群Ｌ１は、像側に凸状の軌跡で移動している。そして、広角端に比べて望遠端において、物体側に位置するように移動している。

一般に、前玉有効径を広角端における軸外光束で決定する場合、前玉有効径は画角の大きさで決定される。すなわち、画角が広いほど、前玉有効径は大型化する。これに対し、前玉有効径を望遠端における光束で決定する場合、前玉有効径は望遠端におけるＦｎｏ光束で決定される。すなわち、望遠端でのＦｎｏ（Ｆナンバー）が明るいほど、前玉有効径は大型化する。

各実施例では、第１レンズ群Ｌ１のズーミングにおける移動量を適切に設定することで、前玉有効径が望遠端において決定されるようにしている。そして、望遠端のＦｎｏを撮影上、実害ない程度に抑えるとともに、Ｆｎｏの変動を適度に持たせることにより、広角端における大口径化を図っている。

また、第１レンズ群Ｌ１のズーミングにおける移動量を後述する条件式（１）を満足するように適切に設定することで、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２による変倍効果を高め、高ズーム比化を容易にしている。

第２レンズ群Ｌ２は、像側に凸状の軌跡で移動している。そして、広角端に比べて望遠端において、像側に位置するように移動している。

第３レンズ群Ｌ３は物体側へ単調移動している。各実施例では、第３レンズ群Ｌ３は第２レンズ群Ｌ２とともに変倍作用を有するレンズ群である。第３レンズ群Ｌ３の移動量を後述する条件式（３）を満足するように適切に設定することで、高ズーム比を達成している。

また、ズーミング時における、第３レンズ群Ｌ３の横倍率の変化を後述する条件式（６）を満足するように適切に設定することで、ズーミングに伴うＦｎｏの変動を適切に設定している。

一般に、光学系のＦｎｏの定義は、
Ｆｎｏ＝Ｄ／ｆ （Ａ）
である。ここで、Ｄは口径（瞳径）、ｆは光学系全系の焦点距離である。

各実施例では正・負・正・正の屈折力のレンズ群を有するズームレンズであって、第３レンズ群Ｌ３の近傍に開口絞りＳＰを配置している。そして、第４レンズ群Ｌ４が広角端と望遠端のズーム位置でほぼ同じ位置にある場合、第３レンズ群Ｌ３から第３レンズ群Ｌ３の像点までの距離は、開口絞りＳＰから像面までの距離とほぼ等価である。

このとき、瞳径が変わらなければ、開口絞りＳＰから像面までの距離が長くなるほど、Ｆｎｏは暗くなる（大きくなる）。すなわち、第３レンズ群Ｌ３の移動量が増えるほど、Ｆｎｏの変動が増えることになる。

上記の関係を式を用いて説明する。まず、第３レンズ群Ｌ３から第３レンズ群Ｌ３の像点までの距離は、式（Ｂ）となる。

Ｓ３＝（１−β３Ｔ）・ｆ３ （Ｂ）
（Ｂ）式において、β３Ｔは望遠端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率である。

ｆ３は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離である。

Ｓ３は、第３レンズ群Ｌ３の主点位置から第３レンズ群Ｌ３の像点位置までの距離を表す。Ｆｎｏの変動を式（Ｂ）を用いて表すと、
ΔＦｎｏ＝｛（１−β３Ｔ）・ｆ３｝／｛（１−β３Ｗ）・ｆ３｝（Ｃ）
だたし、β３Ｗは広角端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率である。

又、広角端と望遠端におけるＦナンバーを各々Ｆｎｏｗ、ＦｎｏＴとするときΔＦｎｏは
ΔＦｎｏ≒ＦｎｏＴ／Ｆｎｏｗ （Ｄ）
である。

各実施例では、第３レンズ群の移動量を後述する条件式（３）を満足するように適切に設定することで、望遠端のＦｎｏを撮影上、実害ない程度に設定している。このように、ズーミングに伴うＦｎｏの変動を適度に設定して、広角端における大口径化を図っている。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側に凸状の軌跡を描くように移動している。

又、各レンズ群は、広角端に比べて望遠端において、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が大きく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小さく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が大きくなるように移動している。

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、第３レンズ群Ｌ３と第２レンズ群Ｌ２を独立に移動させることで変倍を行っている。

各実施例においては、第３レンズ群L３を物体側へ移動させることで主な変倍を行い、第２レンズ群Ｌ２を像側に凸状の軌跡で移動させることで、第３レンズ群L3と変倍作用を分担している。

各実施例では、広角端において全体として、レトロフォーカスタイプの屈折力配置となるように各レンズ群の屈折力及び配置を設定している。

又、望遠端においては全体として、テレフォトタイプの屈折力配置となるように各
レンズ群の屈折力及び配置を設定している。これにより高いズーム比を実現したズームレ
ンズを得ている。

また、全てのレンズ群を移動させてズーミング及び変倍に伴う像面変動の補正を行うことにより、屈折力の効率的な分配を容易にしている。

更に、広角端にて光学全長が短くなるようにして、例えばデジタルカメラ用として最適な高ズーム比で小型なズームレンズを構成している。

各実施例では、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。

望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、第４レンズ群を矢印４ｃに示すように前方に繰り出すことによって行っている。

第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための、第４レンズ群Ｌ４の移動軌跡を示している。

各実施例では、軽量な第４レンズ群Ｌ４をフォーカスの為に移動することで、迅速なフォーカスを実現している。
なお、本実施例には示していないが、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Ｌ１が物体側へ単調に移動し、第２レンズ群Ｌ２が像側へ単調に移動しても前述したのと同等の効果が得られる。

各実施例においては、第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて光学系全体が振動したときの像ブレを補正するようにしている。

これにより、可変頂角プリズム等の光学部材や防振のためのレンズ群を新たに付加することなく防振を行うようにし、光学系全体が大型化するのを防止している。

尚、各実施例では、４つのレンズ群より成る場合を示しているが、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は第４レンズ群Ｌ４の像側に必要に応じて屈折力のあるレンズ群やコンバーターレンズ群を設けても良い。

次に、各実施例における各レンズ群のレンズ構成の特徴について説明する。

各実施例において、各レンズ群は物体側から像側へ順に、以下のレンズ構成により成っている。

まず、実施例１〜３について説明する。

実施例１〜３において、各実施例は物体側から像側へ順に、以下のレンズ構成よりなっている。

第１レンズ群Ｌ１は負レンズと正レンズを接合した接合レンズより成っている。このとき接合レンズは、全体として物体側の面が凸でメニスカス形状である。

第１レンズ群Ｌ１は２枚以下のレンズで構成している。

第２レンズ群Ｌ２は像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより成っている。

負レンズの両レンズ面は非球面形状である。

第３レンズ群Ｌ３は両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズを接合した接合レンズより成っている。このときの接合レンズは、全体として物体側の面が凸でメニスカス形状である。

第４レンズ群Ｌ４は両凸形状の単一の正レンズ、または物体側が凸でメニスカス形状の単一の正レンズより成っている。

以上のように実施例１〜３では、全体として８枚のレンズ枚数で構成して光学系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能を得ている。

次に実施例１〜３の各レンズ群のレンズ構成の特徴について説明する。

実施例１〜３のズームレンズにおいて、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１は、最も有効径が大きくなるレンズ群である。その第１レンズ群Ｌ１を接合レンズで構成することにより、第１レンズ群Ｌ１の薄型化を達成するとともに、広角端における第１レンズ群Ｌ１へ入射する軸外光線の高さが低くなるようにしている。これにより、第１レンズ群Ｌ１の小型化を達成している。

また、第１レンズ群を２枚のレンズ構成とし、このとき正レンズと負レンズとすることで、広角端から望遠端までのズーミングに伴う倍率色収差を良好に補正している。更に、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は前玉有効径を小さくするため、強い負の屈折力を有している。実施例１〜３では、第２レンズ群は２枚のレンズ構成とすることで、第２レンズ群Ｌ２が１枚のレンズ構成の場合に比べて、強い負の屈折力を維持しながらも良好な収差補正を容易にしている。

また、第２レンズ群Ｌ２が３枚のレンズ構成の場合に比べて、第２レンズ群Ｌ２のレンズの材料に高屈折率硝材を使用することで、高ズーム比を維持しながら、レンズ構成を簡素化している。

また、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２は、第３レンズ群Ｌ３とともに変倍作用を分担しているレンズ群である。実施例１〜３では、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の屈折力を後述する条件式（４）を満足するように適切に設定することで、高ズーム比を得つつ、前玉有効径が小さくなるようにしている。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズは非球面形状の面を含んでいる。具体的には両レンズ面が非球面形状である。これによりズーミングに伴う収差変動を良好に補正している。

正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３は、開口絞りＳＰと近接配置したレンズ群である。第３レンズ群Ｌ３はズーム全域に対し、球面収差および軸上色収差などの軸上収差の発生が大きくなるレンズ群である。

そこで実施例１〜３では、第３レンズ群Ｌ３の屈折力を後述する条件式（２）を満足するように適切に設定することで、良好な光学特性を得ている。

そして、第３レンズ群Ｌ３の正の屈折力を２枚のレンズで分担することで、球面収差を良好に補正している。そして、正レンズで発生した軸上色収差を負レンズで補正している。このようなレンズ構成を用いることで、少ないレンズ枚数で良好な光学性能を得ている。

また、実施例１〜３のズームレンズは、防振時の光学性能を良好に補正するため、シフトレンズ群である第３レンズ群Ｌ３の横倍率と、その後のレンズ群である第４レンズ群Ｌ４の横倍率を後述する条件式（５）を満足するように適切に設定している。一般に、シフトレンズ群Aを1mmシフトさせた時の、像面上での像点の移動量Δは次式で表される。

Δ＝（１−βA）・βB （Ｅ）
ここで、Δは像面上での像点の移動量、βAはシフトレンズ群の横倍率、βBはシフトレンズ群の後方のレンズ群の横倍率である。

実施例１〜３におけるズームレンズは、第３レンズ群Ｌ３をシフトさせることにより、防振（画像ぶれの補正）を良好に行っている。すなわち、第３レンズ群Ｌ３がシフトレンズ群、第４レンズ群Ｌ４がその後方のレンズ群ということになる。

実施例１〜３では、式（Ｅ）の移動量Δを適切に設定するよう、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の横倍率を設定している。

第３レンズ群Ｌ３は１以上の非球面を有している。これによってズーミングに伴う収差変動を良好に補正している。

図１０は第３レンズ群Ｌ３に設けたＦナンバー決定絞りＳＰの配置を示す説明図である。

Ｆナンバー決定部材ＳＰは、図１０に示すように光軸方向に関して、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側に配置されたレンズＧ３１の物体側頂点Ｇ３１ａと、レンズＧ３１の物体側の面Ｒ９と外周部（コバ部）Ｐ５との交点Ｇ３１ｂの間に配置している。

このように、Ｆナンバー決定部材ＳＰを第３レンズ群Ｌ３ａ中に置き、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と共に移動させて広角側での入射瞳と第２レンズ群Ｌ２との距離を縮めている。

開口絞りＳＰをこのように配置することにより、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が詰められるため、ズーミングのための第３レンズ群Ｌ３の物体側への移動量を十分確保することができる。これにより高ズーム化としながら望遠端におけるレンズ全長の増大を防いでいる。

正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４は、軸外の諸収差と第３レンズ群Ｌ３では補正しきれなかった軸上収差を効率的に補正している。

第４レンズ群Ｌ４の物体側のレンズ面を非球面形状とし、フォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。

次に、実施例４の各レンズ群のレンズ構成について説明する。

実施例４は、実施例１〜３に比べて第１レンズ群Ｌ１と第４レンズ群Ｌ４のレンズ構成が異なっているだけであり、その他のレンズ群の構成は略同じである。
実施例４について、各レンズ群は物体側から像側へ順に、以下の構成より成っている。

第１レンズ群Ｌ１は単一の正レンズより成る。正レンズは、物体側の面が凸でメニスカス形状である。

第２レンズ群Ｌ２は両凹形状の負レンズと、物体側の面が凸形状の正レンズより成っている。

負レンズの両レンズ面は非球面形状である。

第３レンズ群Ｌ３は両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズを接合した接合レンズより成っている。

このときの接合レンズは、全体として物体側の面が凸でメニスカス形状である。

第４レンズ群Ｌ４は正レンズと負レンズの接合レンズより成っている。この接合レンズは全体として物体側が凸でメニスカス形状である。

以上のように実施例４では、全体として８枚のレンズ枚数で構成して光学系全体の小型化を図りつつ高い光学性能を得ている。

実施例４のズームレンズにおいて、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１は、最も有効径が大きくなるレンズ群である。その第１レンズ群Ｌ１を１枚のレンズ構成とすることで、全体としてコンパクトな光学系を実現している。

また、第１レンズ群Ｌ１の正レンズの材料に、低分散材料を使用することで、特に望遠端において軸上色収差の補正を良好に行っている。

第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３のレンズ構成の特徴は実施例１〜３と同じである。

正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４は、軸外の諸収差と第３レンズ群Ｌ３では補正しきれなかった軸上収差を効率的に補正している。実施例４では、第１レンズ群Ｌ１を正レンズ１枚で構成とすることで補正しきれなかった、特に望遠端での倍率色収差を、第４レンズ群Ｌ４の正レンズと負レンズで補正している。

以上のように各実施例によれば、全体として８枚のレンズ枚数で構成し、レンズ全長の短縮化を達成したにもかかわらず、４.５倍以上のズーム比を有しつつ、明るく、高い光学性能のズームレンズを得ている。

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

広角端と望遠端でのレンズ全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆＴとする。

広角端から望遠端へのズーミングにおける第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の移動量を各々ｍ１、ｍ３とする。但し移動量の符号は像側へ移動する場合を正、物体側へ移動する場合を負とする。

又、移動が往復移動のときは、広角端を基準とし、広角端と望遠端における位置との差を移動量とする。

第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３とする。第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端における横倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとする。

第４レンズ群Ｌ４の望遠端における横倍率をβ４Ｔとする。

第２レンズ群Ｌ２を構成する負レンズと正レンズの材料の屈折率を各々Ｎ２Ｎ、Ｎ２Ｐとする。

第３レンズ群Ｌ３の接合レンズを構成する正レンズと負レンズの材料のアッベ数を各々ν３Ｐ、ν３Ｎとする。

このとき、

１．０＜ｆ３／ｆｗ＜２．５ （２）
−２．２＜ｍ３／ｆｗ＜−１．６ （３）
−１．５＜ｆ２／ｆ３＜−０．８ （４）
１．０＜（１−β３Ｔ）・β４Ｔ＜３．０ （５）
１．０＜（１−β３Ｔ）／（１−β３Ｗ）＜２．０ （６）
（Ｎ２Ｐ＋Ｎ２Ｎ）／２＞１．８５ （７）
１８＜ν３Ｐ−ν３Ｎ＜２４ （８）
なる条件を１以上満足するのが良い。

次に各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに伴う移動量を適切に設定し、前玉有効径の小型化と所望（４．５以上）のズーム比を得るときズーミングに伴う収差変動を良好に補正するためのものである。

条件式（１）の上限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の移動量ｍ１が小さすぎると、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の変倍作用が小さくなる。

その結果、所望のズーム比を得るためには、第３レンズ群Ｌ３の移動量を増やす必要があるが、第２レンズ群Ｌ２と干渉しないようにするためには、広角端において第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を広げなければならない。その結果、広角端でのレンズ全長が大型化するため、良くない。

条件式（１）の下限値を越えて、第１レンズ群Ｌ１の移動量ｍ１が長くなりすぎると、望遠端でのレンズ全長が長くなりすぎる。この結果、レンズ群を沈胴構造化する際に沈胴段数が増えるなどのレンズ鏡筒構造が複雑になってくる。

条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を、全系の広角端の焦点距離ｆｗで規格化したものである。

条件式（２）の上限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなりすぎると、すなわち、第３レンズ群Ｌ３の屈折力がゆるくなりすぎると、ズーミングに伴う収差変動は小さくなる。しかしながら、ズーミングのための第３レンズ群Ｌ３の移動量が増大し、望遠端でのレンズ全長が大型化してくる。

条件式（２）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなりすぎると、すなわち、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなりすぎると、ズーム全域の球面収差および望遠端において色の球面収差の補正が困難となる。

条件式（３）は、第３レンズ群Ｌ３のズーミングに伴う移動量を、全系の広角端の焦点距離ｆｗで規格化したものである。

条件式（３）の上限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の移動量ｍ３が大きすぎると、ズーミングに伴う像面変動の補正のため、第１レンズ群Ｌ１の移動量が増大し、望遠端においてレンズ全長が増大し、前玉有効径が大型化してくる。

条件式（３）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の移動量ｍ３が小さすぎると、ズーミングの際のＦｎｏの変動が小さくなるため、広角端において大口径化が図れなくなる。

条件式（４）は、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を第３レンズ群Ｌ３の焦点距離で規格化したものである。条件式（４）の上限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長くなりすぎると、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が小さくなりすぎると、ズーミングの際の倍率色収差の補正が困難になる。

条件式（４）の下限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなりすぎると、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎると、ペッツバール和がマイナス側に増大する。このため、特に広角端において像面がオーバー（補正過剰）となってくる。また、これを補正するためには、屈折力を２枚以上のレンズで分担させなければならず、第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数が増大してくる。

条件式（５）は、第３レンズ群Ｌ３の偏芯敏感度に関するものである。条件式（５）の上限値を超えると、偏芯敏感度が大きすぎ、防振に必要なシフトレンズ群（第３レンズ群Ｌ３）の移動量は小さくなるが、適切に防振を行うためのメカ制御が困難となる。

条件式（５）の下限値を超えると、偏芯敏感度が小さすぎ、防振を行うためのメカ制御は簡単になるが、防振に必要なシフトレンズ群の移動量が大きくなるため、防振による光学性能の劣化が大きくなってくる。

条件式（６）は、ズーミングの際のＦｎｏ（Ｆナンバー）変動に関するものである。

条件式（６）の上限値を超えると、ズーミングによるＦｎｏの変動が大きすぎるため、広角端のＦｎｏが所望以上に明るくなる。このため、広角端において球面収差、コマ収差の補正が困難となる。

条件式（６）の下限値を超えると、ズーミングによるＦｎｏの変動が小さすぎるため、広角端において大口径化が図れなくなる。
条件式（７）は第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズの屈折率の平均値に関するものである。
条件式（７）の下限値を超えて、屈折率が小さくなると、各レンズの面の曲率が強くなるため、負レンズは偏肉比が増大し、レンズの体積が増大する。また、正レンズはコバ厚を確保するため、レンズ軸上厚が厚くなり、第２レンズ群Ｌ２が大型化してくる。また条件式（７）の下限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の体積が増大するため、レンズ全長が長くなるので良くない。
条件式（８）は第３レンズ群Ｌ３における、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に関するものである。

条件式（８）の上限値を超えて、アッベ数の差が大きくなりすぎると、特に望遠端において軸上色収差が補正過剰となるので良くない。

条件式（８）の下限値を超えて、アッベ数の差が小さくなりすぎると、特に望遠端において色の球面収差が補正不足となるので良くない。

各実施例において、更に好ましくは、条件式（１）〜（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．６ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ １．９ （２ａ）
−２．１ ＜ ｍ３／ｆｗ ＜ −１．６ （３ａ）
−１．０ ＜ ｆ２／ｆ３ ＜ −０．８ （４ａ）
１．３＜（１−β３Ｔ）・β４Ｔ＜２．０ （５ａ）
１．３＜（１−β３Ｔ）／（１−β３Ｗ）＜１．８ （６ａ）
（Ｎ２Ｐ＋Ｎ２Ｎ）／２＞１．８８ （７ａ）
２０＜ν３Ｐ−ν３Ｎ＜２２ （８ａ）
なる条件を１つ以上満足している。
以上のように各実施例によれば、各レンズ群のレンズ構成、非球面の位置、ズーミングにおける各レンズ群の移動方法等を適切に設定している。これにより、少ないレンズ枚数で、レンズ全長の短縮化を図りつつ、４．５倍以上のズーム比を有しつつ、Ｆｎｏが明るく、高い光学性能を有した、例えばデジタルスチルカメラ等に適したズームレンズを得ている。

次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側から面の順序を示し、Ｒｉはｉ番目のレンズ面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間のレンズ肉厚および空気間隔、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、もっとも像側の２面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター部材を構成する面である。

非球面形状は光軸からの高さ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＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−(１＋ｋ)（ｈ／Ｒ）²｝^１／２］
Ａｈ^２＋Ｂｈ⁴ ＋Ｃｈ⁶＋Ｄｈ⁸ ＋Ｅｈ¹⁰＋Ｆｈ¹²
で表される。

但し、ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，Ｅ、Ｆは２次、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数、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数値実施例との関係を表１に示す。

数値実施例１〜３においてＤ８、数値実施例４においてＤ７の値が負となっているが、これは物体側から順に、Ｆナンバー決定部材、第３レンズ群Ｌ３のレンズＧ３１と数えた為である。

具体的な構成としてはＦナンバー決定部材（開口絞り）ＳＰが第３レンズ群Ｌ３の物体側のレンズＧ３１のレンズ面Ｒ９（又はＲ８）の物体側頂点Ｇ３１ａよりも絶対値Ｄ８（又はＤ７）だけ像側に位置していることを示している。

次に実施例１〜４に示した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の実施形態を図９を用いて説明する。

図９において、２０はカメラ本体、２１は実施例１〜４で説明したいずれか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はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された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は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

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が実現できる。

尚、本発明のズームレンズは一眼レフカメラやビデオカメラ等にも同様に適用することができる。

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 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のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 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のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 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 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 実施例４のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例４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４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 Ｆナンバー決定絞りの配置説明図

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
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ ｄ線のメリディオナル像面
ΔＳ ｄ線のサジタル像面
ＳＰ 開口絞り

Claims (8)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第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レンズ群より構成され、各レンズ群を移動させ、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚以下のレンズで構成され、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からなり、広角端と望遠端におけるレンズ全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆＴ、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の光軸方向の移動量を各々ｍ１、ｍ３とし、該移動量ｍ１、ｍ３は像側へ移動する場合を正、物体側へ移動する場合を負としたとき、
   −１．３＜ｍ１／√（ｆｗ・ｆＴ）＜−０．８
   −２．２＜ｍ３／ｆｗ＜−１．６
   −１．５＜ｆ２／ｆ３＜−０．８
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. １．０＜ｆ３／ｆｗ＜２．５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の望遠端における横倍率を各々β３Ｔ、β４Ｔとするとき、
   １．０＜（１−β３Ｔ）・β４Ｔ＜３．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 前記第３レンズ群の広角端と望遠端における横倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとするとき、
   １．０＜（１−β３Ｔ）／（１−β３Ｗ）＜２．０
   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項のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群を構成する負レンズは、非球面形状の面を含んでおり、該第２レンズ
   群を構成する負レンズと正レンズの材料の屈折率を各々Ｎ２Ｎ、Ｎ２Ｐとするとき、
   （Ｎ２Ｐ＋Ｎ２Ｎ）／２＞１．８５
   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項のズームレンズ。
6. 前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを少なくとも１つ有し、該接合レンズを構成する正レンズと負レンズの材料のアッベ数を各々ν３Ｐ、ν３Ｎとするとき、
   １８＜ν３Ｐ−ν３Ｎ＜２４
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 前記第４レンズ群は、像側から物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へフォーカシングを行うレンズ群であ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. 請求項１乃至７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る像を受光する固体撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。