JP5274265B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばビデオカメラ、電子スチルカメラ、ＴＶカメラ（放送用カメラ）、銀塩写真用のカメラ等に好適なものである。
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、放送用カメラ、そして銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置は高機能化され、又装置全体が小型化されている。
そしてそれに用いる撮影光学系としてレンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）が短く、全系がコンパクトでしかも高解像力のズームレンズであることが要求されている。
また、短い撮影距離においても広い撮影範囲が得られるよう、広角端の焦点距離が短い広画角のズームレンズであることが要求されている。
これらの要求に応えるズームレンズとして、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レンズ群の４つのレンズ群より構成される４群ズームレンズが知られている。
この４群ズームレンズとして、カメラの非使用時（非撮影時）に収納性を高めるために、各レンズ群を沈胴させる沈胴方式に適した４群ズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。
特許文献１は４つのレンズ群全てを移動させてズーミングを行うズーム比が１０程度のズームレンズを開示している。特許文献１では第１レンズ群の焦点距離を適切に定め、第２レンズ群の横倍率を確保する事で高ズーム化を実現している。
特許文献２は４つのレンズ群を全て移動させてズーミングを行うズーム比１５〜２０のズームレンズを開示している。特許文献２では第１レンズ群の焦点距離を適切に定め、かつ第３レンズ群と第４レンズ群の焦点距離の比を適切に定める事で、高ズーム比化を図った際の収差変動を良好に抑制している。
特許文献３は４つのレンズ群全てを移動させてズーミングを行うズーム比１８程度の高ズーム比のズームレンズを開示している。特許文献３では、第２レンズ群のズーミングの際の移動量を適切に定め、かつ第１レンズ群及び第３レンズ群の焦点距離の比を適切に定める事で全系の小型化を図っている。
一方、ズームレンズにおいて一部のレンズ群を光軸と垂直方向に変位させて画像ぶれを補正した、所謂、防振機能を有したものが知られている（特許文献４）。
特許文献４では、前述の４群ズームレンズにおいて、第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて像ぶれを補正し、静止画像を得るズームレンズを開示している。
特開２００６−１３３６３２号公報 特開２００６−１７１６５５号公報 特開２００７−００３５５４号公報 特開２００６−１８９６２７号公報
近年、撮像装置に用いるズームレンズには、撮像装置の小型化と共に高ズーム比（高変倍比）で、かつレンズ系全体が小型化であることが強く要望されている。
一方、撮像装置の非使用時に各レンズ群を沈胴して収納し、小型にすることも強く要望されている。
一般に高ズーム比化を図りつつ、ズームレンズ全体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、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、このように構成したズームレンズは、各レンズ面の屈折力の増加に伴いレンズ肉厚が増してしまい、レンズ系の短縮効果が不十分になると同時に諸収差の補正が困難になってくる。
またカメラの非使用時に各レンズ群を沈胴して収納しようとするとメカ構造的にどうしてもレンズ及びレンズ群の倒れなどの組立上の誤差が大きくなってくる。このときレンズ及びレンズ群の敏感度が大きいと組立上の誤差に伴う光学性能が劣化したり、ズーミング時に像ゆれが生じてしまうことがある。このためズームレンズにおいては、レンズやレンズ群の偏芯に対する敏感度をなるべく小さく設計するのが望まれている。
特許文献１〜３で示されたズームレンズは比較的、第１レンズ群や第２レンズ群の屈折力が小さく、光軸からの偏芯に対する敏感度も小さく沈胴構造には適している。
しかしながら、この４群ズームレンズにおいて、より高ズーム比化と広画角化を図ろうとすると中間ズーム領域（ミドル領域）での収差変動が大きくなり、これを抑制する事が困難になっている。
特許文献１で示されたズームレンズは、ズーミングの際の第２レンズ群の横倍率の変化が小さい。このため、より高ズーム比化を実現するために、第２レンズ群の屈折力を高めるか、又は他のレンズ群の変倍負担を大きくすると、ズーミングの際の収差変動の抑制が困難になってくる。
特許文献２で示されたズームレンズは、高ズーム比化を図るときの収差変動を抑制する条件を開示している。しかしながら、広角端での焦点距離が比較的長く、より広画角化した場合に顕著となる像面湾曲や軸外の色フレアといった諸収差に対する解決策が十分明示されていない。
特許文献３で示されたズームレンズは、広画角で高ズーム比のズームレンズを開示しているが、前玉径の小型化に主眼が置かれており、第１レンズ群の繰出し量が比較的大きい。このため、沈胴時のレンズ全長を短くするためには、レンズ鏡筒を多段構成にする必要があり、レンズ鏡筒の構成が複雑化してくる。
前述した４群ズームレンズにおいて、レンズ系全体の小型化を図っていくと第１レンズ群のレンズ有効径は、広角端から中間ズーム領域における軸外光線のレンズ面への入射高さによって強く影響されてくる。
このため、レンズ系全体の小型化を達成するには、各レンズ群の屈折力及びズーム中間域を含めた各レンズ群のズーミングにおける移動量や移動軌跡を適切に設定することが重要になってくる。
本発明は、ズーミング時の各レンズ群の移動量と屈折力を適切に設定することで、広画角で、高ズーム比化を図ると共に、広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有する、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、
広角端から望遠端へのズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動し、広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第４レンズ群が物体側に凸状の軌跡で移動するズームレンズであって、
広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、中間のズーム位置における全系の焦点距離ｆｍを
ｆｍ＝√（ｆｗ・ｆｔ）
とし、
前記第４レンズ群の広角端から中間のズーム位置までのズーミングの際の移動量をＭｍ、
前記第４レンズ群の広角端から望遠端へのズーミングの際の移動量をＭｔ、
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、
前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
１．８＜ （｜Ｍｍ｜＋｜Ｍｔ｜）／ｆｗ ＜４．０
０．６５＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．０
２．０＜ ｜Ｍｍ／Ｍｔ｜ ＜４．０
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、ズーム時の各レンズ群の移動量と屈折力を適切に設定することで、広画角で、高ズーム比化を図ると共に、広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有する、ズームレンズが得られる。
本発明の実施例１の広角端におけるレンズ断面図 本発明の実施例１に対応する数値実施例１の広角端の収差図 本発明の実施例１に対応する数値実施例１の望遠端の収差図 本発明の実施例２の広角端におけるレンズ断面図 本発明の実施例２に対応する数値実施例２の広角端の収差図 本発明の実施例２に対応する数値実施例２の望遠端の収差図 本発明の実施例３の広角端におけるレンズ断面図 本発明の実施例３に対応する数値実施例３の広角端の収差図 本発明の実施例３に対応する数値実施例３の望遠端の収差図 本発明の実施例４の広角端におけるレンズ断面図 本発明の実施例４に対応する数値実施例４の広角端の収差図 本発明の実施例４に対応する数値実施例４の望遠端の収差図 本発明の撮像装置の概略図
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、ズーミングに際して、隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動するズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際して第４レンズ群は物体側に凸状の軌跡で移動する。
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、図２、図３はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
図４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５、図６はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。
図７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８、図９はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。
図１０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、図１１、図１２はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。
図１３は本発明のズームレンズを備えるカメラ（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ビデオカメラやデジタルカメラそして銀塩フィルム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。ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。
各実施例において、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は開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置している。
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感光面が置かれる。
収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角、ｆｎｏはＦナンバーである。
尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）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。
各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ断面図の矢印及び後述する各数値実施例に示すように隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群を移動させている。
具体的には、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図中矢印のように第１レンズ群Ｌ１を像側に凸の軌跡で移動させ、広角端に比べ望遠端において物体側に位置するように移動させている。そして第２レンズ群Ｌ２を像側へ、第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させ、第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡を描いて移動させている。
第１レンズ群Ｌ１は広角端からのズーミングに際し、一旦像側へ移動させる事で、広角端近傍での入射瞳距離を短くし、第１レンズ群Ｌ１に入射する軸外光の光線高さを抑制して、前玉径の小型化を図っている。
ズーミングに際し、広角端に比べて望遠端において第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３を物体側に位置する様に移動させることで広角端におけるレンズ全長を小型に維持しつつ、大きなズーム比が得られるようにしている。
特に、各実施例では、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させることにより、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４に変倍分担を持たせている。更に正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１をズーム範囲の途中から物体側へ移動することで第２レンズ群Ｌ２に大きな変倍効果を持たせて第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をあまり大きくすることなく高いズーム比を得ている。
また、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図１に示す矢印４ｃのように第４レンズ群Ｌ４を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際の像面変動を補正するため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、例えば自動焦点検出を容易にしている。
各実施例においては、第３レンズ群Ｌ３の一部又は全部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撮影画像のぶれ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。
像ぶれ補正を行うために光軸と垂直方向に移動させるレンズ群は、第３レンズ群Ｌ３に限定するものでは無い。ただし各実施例においては第３レンズ群Ｌ３近傍に開口絞りＳＰが配置されているため、第３レンズ群Ｌ３のレンズ外径は小さくなり、駆動重量の点で他のレンズ群より好ましい。
なお、各実施例においては、開口絞りＳＰをズーミングに際して他のレンズ群と別体で（異なる軌跡で）（独立に）移動させている。これによって、広画角域での入射瞳位置を極力物体側に配置させて、前玉有効径を小さくしている。
但し、設計上の優先度によっては、第３レンズ群Ｌ３と一体にて移動しても、像面ＩＰに対して固定としてもよい。一体に移動すると移動と可動で分けられるレンズ群数が少なくなり、メカ構造が簡素化しやすくなる。また、開口絞りＳＰを固定とする場合は絞りユニットを移動させる必要がないため、ズーミングの際、駆動させるアクチュエータの駆動トルクを小さく設定できる省電力化の点で有利となる。
各実施例において、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとする。中間のズーム位置における全系の焦点距離ｆｍを
ｆｍ＝√（ｆｗ・ｆｔ）
とおく。
第４レンズ群Ｌ４の広角端から中間のズーム位置までのズーミングの際の移動量をＭｍ、第４レンズ群Ｌ４の広角端から望遠端へのズーミングの際の移動量をＭｔとする。
第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ３、ｆ４とする。このとき、
１．８＜ （｜Ｍｍ｜＋｜Ｍｔ｜）／ｆｗ ＜４．０ ・・・（１）
０．６５＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．０ ・・・（２）
なる条件を満足している。
ここで言う移動量とは、ズーミング（変倍）時に不動の基準位置（例えば結像面）に対する指定ズーム位置での対象レンズ群の光軸方向の位置変化（相対差）を示しており、指定ズーム位置以外への移動量を含むものではない。
又、移動量の符号は基準位置から像側への位置変化を正、物体側への位置変化を負とする。
各実施例では、条件式（１）、（２）を満たすことで、広画角で高ズーム比のズームレンズを実現している。
ズームレンズが広画角化、高ズーム比化（高変倍化）した際に問題となるのは、ミドル領域（中間のズーム領域）におけるコマ収差の変動である。この対策をしては、屈折力の大きいレンズ群の構成レンズ枚数を増やしたり、非球面を採用するのが良い。
しかしながら、構成レンズ枚数を増やすと全系が大型化してくる。又、非球面は製造が難しいという問題がある。
条件式（１）は、ズーミング時の第４レンズ群Ｌ４の総移動量と広角端における全系の焦点距離との比率に関する。
ミドル領域における外向性のコマ収差を補正するためには、広角端からミドル領域へのズーミング時に物体側へ移動する第３レンズ群Ｌ３の移動に合わせて、第４レンズ群が物体側に移動するのが良い。
そして、広角端からミドル領域にかけて、第４レンズ群Ｌ４に入射する軸外光束の入射高さの変動を小さくすることが、ミドル領域でのコマ収差や軸外色フレアの抑制に重要である。
条件式（１）の下限を超えると、第４レンズ群Ｌ４の物体側への繰出し量が不充分となり、軸外収差が変動してくる。
又、上限を超えると、第４レンズ群Ｌ４の移動量が大きくなりすぎるため、沈胴時レンズ全長を短くし、全系をコンパクトにすることが困難になる。或いは、移動量Ｍｍと移動量Ｍｔの繰出し方向が異なる場合は、第４レンズ群Ｌ４が像側に大きく移動するため、ミドル領域から望遠端にかけての軸外収差の変動を抑えるのが困難になる。
条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の焦点距離の比率を表す式であり、ズーミング時における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の変倍負担を適切に設定するためのものである。
各実施例において、主変倍は第２レンズ群Ｌ２によってなされるが、高ズーム比化に伴い、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を大きくすると、前玉有効径が大きくなってくる。特に広画角化が進むほど、この傾向が顕著になる。
条件式（２）は、変倍負担を第２レンズ群Ｌ２だけでなく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４で分担する場合に好ましい条件である。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が大きくなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３を射出した軸外光束の第４レンズ群Ｌ４への入射角度のズーミングの際の変動が大きくなる。
このため、特に中間焦点距離域（ミドル域）における外向性のコマが発生しやすくなる。又、上限を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が大きくなりすぎると、フォーカス時のコマ収差の変動を抑制するために、第４レンズ群Ｌ４の構成レンズ枚数を増やす必要が生じる。この結果として、フォーカス時に駆動するレンズ重量が増え、又レンズ全体が大型化してくるので良くない。
更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．８＜ （｜Ｍｍ｜＋｜Ｍｔ｜）／ｆｗ ＜３．０ ・・・（１ａ）
０．６５＜ ｆ３／ｆ４ ＜０．９ ・・・（２ａ）
これによれば、より広画角化や高ズーム比化を図るのが容易となり、更にミドル領域での収差変動を抑制するのが容易となる。
以上のように各実施例によれば、高ズーム比化（高倍率化）を図ると共に、広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有するズームレンズが得られる。
各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。
広角端から望遠端へのズーミングの際の第２レンズ群Ｌ２の移動量をＭ２とする。
広角端から望遠端へのズーミングの際の第３レンズＬ３の移動量をＭ３とする。
このとき、
２．０＜ ｜Ｍｍ／Ｍｔ｜ ＜４．０ ・・・（３）
０．０１＜ ｜Ｍ３｜／ｆｔ ＜０．２０ ・・・（４）
２．０＜ ｜Ｍ２｜／ｆｗ ＜６．０ ・・・（５）
なる条件のうち１以上を満足することが良い。
それによれば、それに応じた効果が得られる。
条件式（３）は、第４レンズ群Ｌ４の広角端からミドル領域へのズーミングの際の移動量と、広角端から望遠端へのズーミングの際の移動量の比率を定めたものである。
高ズーム比化（高倍化）に伴い、望遠端へのズーミングに際して第４レンズ群Ｌ４の総移動量は増加する。
このとき基準となる広角端での第４レンズ群Ｌ４の光軸上の位置に対し、物体側への繰り出し量と像側への繰り込み量のバランスが適正であると、沈胴長をより短くすることができる。
各実施例においては、焦点距離ｆｍで表されるミドル領域のズーム位置において、第４レンズ群Ｌ４は広角端に比べ物体側に位置する。そして、望遠端においては第４レンズ群Ｌ４は広角端に比べて像側に位置している。
但し、条件式（３）を満足すれば、必ずしもそれに限った移動をしなくても良い。
条件式（３）の下限を超えると第４レンズ群Ｌ４の像側への繰り込み量が大きくなり、望遠端において第４レンズ群Ｌ４とガラスブロックＧとが干渉しやすくなる。
望遠側においては、物体側に繰出した第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間隔を活用していないため、沈胴長の点で効率的でない。
逆に条件式（３）の上限を超えると、第４レンズ群Ｌ４の物体側への繰り出し量が大きくなり、ミドル領域において第３レンズ群Ｌ３とメカニカルに干渉しやすくなる。又、それと同時に、望遠端での繰出し量が少なくなり、テレマクロ撮影（望遠端におけるマクロ撮影）するとき充分な倍率を得ることが困難となる。
条件式（４）は、広角端から望遠端へズーミングの際の第３レンズ群Ｌ３の移動量と望遠端における全系の焦点距離の比を表したものである。条件式（４）の下限値を超えると第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端のズーム位置での光軸上の位置がほぼ一致してくるため、像側にある第４レンズ群Ｌ４が最も物体側に位置するミドル領域で第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４がメカニカルに干渉しやすくなる。
これを回避するためにはレンズ全長を延ばす必要が生じ、この結果、全体のコンパクト化が困難になる。
条件式（４）の上限を超えると、第３レンズ群Ｌ３のズーミング時の移動量が大きくなるため、沈胴全長を短縮することが困難になる。
条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２のズーミングの際の移動量を表している。主変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２は、高ズーム比化（高倍化）に伴い望遠端において第１レンズ群Ｌ１との間隔を広く取る必要がある。
条件式（５）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の移動量が小さくなると、第１レンズ群Ｌ１を望遠端において物体側に大きく繰出す必要性がある。そうすると沈胴鏡筒を採用するとき外径が大きく、又重量が重い第１レンズ群Ｌ１を大きく動かすこととなり、レンズ全系が大型化になるとともに、駆動するためのアクチュエータが大型化し、又、電力消費が多くなるため好ましくない。
また、各実施例のレンズ構成において、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔は広角端で最大、望遠端で最小となる。このズーム構成において、条件式（５）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなると、変倍時に第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置された開口絞りＳＰとの間隔が大きく変化することから、第２レンズ群Ｌ２を通る軸外光線の入射高の変動が大きくなる。
主変倍レンズ群たる第２レンズ群Ｌ２は、レンズ群の屈折力が他のレンズ群に比べて大きく、各レンズ面の曲率半径も小さいため、軸外光線の入射高の変動に起因する収差変動が大きくなる。これを回避するためには、レンズ群の構成レンズ枚数を増やすか、非球面の数を増やすことが必要となるので良くない。
尚、各実施例において、更に収差補正及びズーミングの際の収差変動を小さくしつつ高ズーム比化を図るには、条件式（３）〜（４）の数値範囲を次の如く設定するのが好ましい。
２．０＜ ｜Ｍｍ／Ｍｔ｜ ＜３．０ ・・・（３ａ）
０．０５＜ ｜Ｍ３｜／ｆｔ ＜０．２０ ・・・（４ａ）
２．０＜ ｜Ｍ２｜／ｆｗ ＜５．０ ・・・（５ａ）
以上のように各実施例によれば、ズーミングにおける各レンズ群の移動量と各レンズ群の屈折力等を適切に設定することで、広画角・高ズーム比にもかかわらずレンズ系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能のズームレンズが得られる。
特に広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有するズームレンズを得ることができる。
次に各レンズ群のレンズ構成に関して説明する。
第１レンズ群Ｌ１は有効レンズ径が大きくなるので、全系の小型化及び軽量化を図るにはレンズ枚数が少ない方が好ましい。
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（負の屈折力のレンズ）と正レンズ（正の屈折力のレンズ）の各１枚を接合した接合レンズ、正レンズを加えて全体として３枚のレンズで構成している。これにより、高倍化（高ズーム比化）により発生する球面収差と色収差を抑制している。
実施例１乃至３において、第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に物体側の面が凸でメニスカス形状の２枚の負レンズ、両レンズ面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズの独立した４つのレンズより構成している。
これによってズーミング時の収差変動を少なくし、特に広角端における歪曲収差や望遠端における球面収差を良好に補正している。
実施例４において、第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズの独立した３つのレンズにより構成している。
実施例４においては、他の実施例と比較して、最も物体側の負レンズに非球面を使用することで、第２レンズ群Ｌ２を少ないレンズ枚数で構成し、全系の小型化及び軽量化を容易にしている。
各実施例において、第３レンズ群Ｌ３は２枚の正レンズと像面側の面が凹形状の負レンズを含む、全体として３枚以上のレンズで構成し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３間の主点間隔を小さくすることで第３レンズ群Ｌ３以降のレンズ長を短縮している。
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。
また、実施例１乃至３では、第３レンズ群Ｌ３に負レンズと正レンズとを接合した接合レンズを含む４枚のレンズを用いている。これにより、ズーミング時の色収差の変動を抑制すると伴に、第３レンズ群Ｌ３を光軸から偏芯させて像ぶれの補正動作を行う際の、偏芯による収差発生を抑えている。
各実施例において、第４レンズ群Ｌ４は物体側の面が凸形状の正レンズと負レンズとを接合した接合レンズにより構成することで、軽量ながらフォーカス時の色収差の変動を抑制している。
以上のような構成とすることで各実施例は、広角端での画角（撮影画角）が大きく、高変倍比（高ズーム比）であり、かつ全系がコンパクトなズームレンズを達成している。さらに前述した条件式を満足するようにして各条件式に対応した効果を得ている。
次に、本発明の実施例１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。
またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、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、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ｂｈ４＋Ｃｈ６
＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０＋A’ｈ3＋B’ｈ5＋C’ｈ7
で表示される。但しＲは曲率半径である。また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。
数値実施例において最後の２つの面は、フィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。
また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表−１に示す。
[数値実施例１]
i ri di ni νi
1 91.458 2.00 1.80610 33.3
2 34.222 6.20 1.49700 81.5
3 -261.230 0.20 1.
4 33.178 3.60 1.69680 55.5
5 138.908 可変 1.
6 60.396 1.00 1.88300 40.8
7 11.399 1.90 1.
8 26.065 0.85 1.83481 42.7
9 9.008 3.30 1.
10 -67.711 0.80 1.83400 37.2
11 30.418 0.20 1.
12 15.874 2.25 1.92286 18.9
13 163.511 可変 1.
14 （絞り） 可変 1.
15* 11.553 3.00 1.69350 53.2
16 110.250 3.00 1.
17 38.290 0.90 1.65844 50.9
18 12.267 0.50 1.
19 22.688 0.70 2.00069 25.5
20 8.329 2.50 1.72000 50.2
21 -45.246 可変 1.
22 24.839 2.50 1.77250 49.6
23 -20.522 0.60 1.69895 30.1
24 520.416 可変 1.
25 ∞ 0.950 1.51633 64.1
26 ∞

非球面
（第15面）k= 6.49556E-1
B= -1.04689E-4 C= -1.11852E-6 D= 1.71101E-8 E=−5.84379E-9

各種データ
ズーム比 19.21
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 22.61 98.95
Fナンバー 2.87 3.79 5.43
画角 36.9 9.7 2.2
像高 3.87 3.87 3.87
レンズ全長 87.20 93.13 109.70
BF 10.96 19.83 7.97
d5 0.90 20.33 38.12
d13 21.78 2.12 1.85
d14 11.57 5.84 1.40
d21 6.00 9.02 24.39
d24 7.00 15.87 4.01

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 56.04
2 6 -9.27
3 13 21.23
4 19 30.02
[数値実施例２]
i ri di ni νi
1 79.725 1.90 1.80610 33.3
2 39.705 5.20 1.49700 81.5
3 -3382.046 0.20 1.
4 40.337 3.90 1.60311 60.6
5 177.679 可変 1.
6 45.925 1.00 1.88300 40.8
7 11.246 2.10 1.
8 27.312 0.85 1.80610 33.3
9 9.478 3.80 1.
10 -25.153 0.80 1.83400 37.2
11 92.127 0.20 1.
12 22.273 2.25 1.92286 18.9
13 -82.423 可変 1.
14 （絞り） 可変 1.
15* 11.635 3.00 1.69350 53.2
16 195.164 3.00 1.
17 30.920 0.90 1.64769 33.8
18 11.175 0.50 1.
19 20.767 0.70 2.00330 28.3
20 8.036 2.15 1.72000 50.2
21 -89.863 可変 1.
22 26.489 2.70 1.77250 49.6
23 -19.597 0.60 1.80610 33.3
24 -206.157 可変 1.
25 ∞ 0.80 1.51633 64.1
26 ∞

非球面
（第15面）k= 6.49556E-1
B= -1.04689E-4 C= -1.11852E-6 D= 1.71101E-8 E=-5.84379E-10

各種データ
ズーム比 21.10
広角 中間 望遠
焦点距離 5.45 25.05 115.00
Fナンバー 2.87 4.09 4.98
画角 35.2 8.74 1.92
像高 3.85 3.85 3.85
レンズ全長 88.79 102.23 123.79
BF 10.97 19.65 7.38
d5 0.90 28.92 49.94
d13 29.11 8.52 1.80
d14 5.56 0.14 1.90
d21 6.50 8.76 28.02
d24 6.00 14.68 2.41

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 71.29
2 6 -10.21
3 15 21.66
4 22 32.02
[数値実施例３]
i ri di ni νi
1 84.274 2.00 1.80610 33.3
2 32.475 6.20 1.49700 81.5
3 -431.509 0.20 1.
4 33.415 3.60 1.69680 55.5
5 180.027 可変 1.
6 64.172 1.00 1.88300 40.8
7 11.733 1.90 1.
8 29.308 0.85 1.83481 42.7
9 9.447 3.30 1.
10 -36.240 0.80 1.83400 37.2
11 57.884 0.20 1.
12 19.186 2.25 1.92286 18.9
13 -416.054 可変 1.
14 （絞り） 可変 1.
15* 12.148 3.00 1.69350 53.2
16 847.526 3.00 1.
17 63.798 0.90 1.64769 33.8
18 14.183 0.50 1.
19 27.624 0.70 2.00330 28.3
20 8.242 2.40 1.74400 44.8
21 -47.263 可変 1.
22 20.094 2.70 1.77250 49.6
23 -15.105 0.60 1.80610 33.3
24 229.772 可変 1.
25 ∞ 0.95 1.51633 64.1
26 ∞

非球面
（第15面）k= 1.62671
B= -1.65451E-4 C= -1.30791E-6 D= -2.64512E-8 E＝ -5.84379E-10

各種データ
ズーム比 19.22
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 22.59 98.97
Fナンバー 2.87 4.41 5.66
画角 36.9 9.71 2.24
像高 3.87 3.87 3.87
レンズ全長 89.44 97.87 110.69
BF 10.84 17.36 7.85
d5 0.90 20.18 36.34
d13 24.19 7.83 1.70
d14 11.40 2.43 1.20
d21 6.00 14.00 27.51
d24 7.00 13.52 4.01

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 54.73
2 6 -9.62
3 15 21.95
4 22 30.19
[数値実施例４]
i ri di ni νi
1 107.907 1.90 1.80610 33.3
2 29.867 5.50 1.49700 81.5
3 -318.034 0.20 1.
4 33.475 3.20 1.77250 49.6
5 275.840 可変 1.
6 35.669 1.00 1.80610 40.7
7* 8.123 4.79 1.
8 -24.419 0.80 1.69680 55.5
9 15.204 0.70 1.
10 14.303 2.00 1.92286 18.9
11 47.173 可変 1.
12 （絞り） 可変 1.
13* 9.520 2.70 1.58313 59.4
14 -84.385 2.30 1.
15 16.410 0.70 1.84666 23.9
16 8.001 1.00 1.
17 18.086 1.60 1.49700 81.5
18 89.455 可変 1.
19 22.179 2.50 1.69680 55.5
20 -24.645 0.60 1.84666 23.9
21 -60.729 可変 1.
22 ∞ 1.31 1.49831 65.1
23 ∞


非球面
（第7面） k= 1.77319E-1 B= -2.03881E-5 C= -5.82581E-7
（第13面）k= -4.73317E-1 B= 1.12159E-4 C= 3.43802E-5 D= 4.49684E-7
E= -1.35163E-9 A’= -1.51965E-4 B’= -1.01902 E-4 C’= -6.03458E-6

各種データ
ズーム比 19.42
広角 中間 望遠
焦点距離 5.15 22.72 99.99
Fナンバー 2.63 3.15 3.92
画角 34.7 8.92 2.04
像高 3.56 3.56 3.56
レンズ全長 84.55 88.78 97.61
BF 10.72 18.09 7.47
d5 0.80 22.72 36.73
d11 25.18 6.40 2.00
d12 9.20 4.81 2.00
d18 7.16 5.61 17.91
d21 6.00 13.37 2.76

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 52.06
2 6 -9.00
3 13 21.51
4 19 25.77
次に各実施例に示したような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１３を用いて説明する。
図１３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、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。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
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
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 開口絞り
Ｇ ＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
ω 半画角
ｆｎｏ Ｆナンバー

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、
    広角端から望遠端へのズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動し、広角端から望遠端へのズーミングに際して前記第４レンズ群が物体側に凸状の軌跡で移動するズームレンズであって、
    広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、中間のズーム位置における全系の焦点距離ｆｍを
    ｆｍ＝√（ｆｗ・ｆｔ）
    とし、
    前記第４レンズ群の広角端から中間のズーム位置までのズーミングの際の移動量をＭｍ、
    前記第４レンズ群の広角端から望遠端へのズーミングの際の移動量をＭｔ、
    前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、
    前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
    １．８＜ （｜Ｍｍ｜＋｜Ｍｔ｜）／ｆｗ ＜４．０
    ０．６５＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．０
    ２．０＜ ｜Ｍｍ／Ｍｔ｜ ＜４．０
    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の際の前記第３レンズの移動量をＭ３とするとき、
    ０．０１＜ ｜Ｍ３｜／ｆｔ ＜０．２０
    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レンズ群は、広角端から望遠端へのズーミングに際して像側に凸状の軌跡で移動し、広角端に比べて望遠端において物体側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
  4. 広角端から望遠端へのズーミングの際の前記第２レンズ群の移動量をＭ２とするとき、
    ２．０＜ ｜Ｍ２｜／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レンズ群の物体側に開口絞りを有し、
    該開口絞りはズーミングに際して他のレンズ群とは異なる軌跡で移動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レンズ群の一部又は全てを、光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動させて、前記ズームレンズが振動したときの撮影画像のぶれを補正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. 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６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  8. 請求項１乃至７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る像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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