JP5345042B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、詳しくは、画角を変化させる際に、第１群および第３群が固定され、第２群および第４群が移動されるズームレンズに関するものである。

従来より、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられる、例えばズーム比が３５倍程度で高解像度の高倍率ズームレンズが知られている。このような大きなズーム比を有するズームレンズには、例えば、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、絞り、正の屈折力を有する第４群をこの順に備えたズームレンズが知られている。

また、このようなズームレンズには、ズームの設定を広角側や望遠側へ変更するときに、第１群と第３群を固定群とし、第２群を移動させて変倍させつつ、第４群を移動させて像面位置の補正および合焦を行うズームレンズが知られている（特許文献１参照）。さらに、このような４群方式のズームレンズに対して、固定群である第５群を追加したズームレンズも知られている。

特開２００７−１４８３４０号公報

ところで、撮像素子の高画素化、およびビデオカメラや電子スチルカメラの適用範囲の拡大に伴い、そのようなビデオカメラや電子スチルカメラに適用するズームレンズとして、より高解像度で高倍率のズームレンズが求められている。

ここで、口径比を小さくして高倍率化することは比較的容易であるが、そのようにすると暗所での撮影において光量不足が生じることがある。また、光量不足が生じないように口径比を大きくしようとすると装置サイズが大型化する虞がある。

そのため、例えば、小型監視用カメラ等に適用できるような口径比および装置サイズを維持しつつ、より高解像度で高倍率のズームレンズを実現したいという要請がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、口径比を小さくすることなく高解像度および高倍率化した小型のズームレンズを提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、絞り、この絞りの直後に配された正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を備え、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第１群と第３群が固定され、第２群の光軸に沿った像側への移動により変倍させつつ、第４群の光軸に沿った移動により像面位置の補正および合焦が行なわれるように構成されたズームレンズであって、第２群が、物体側より順に、物体側のレンズ面よりも像側の凹面をなすレンズ面の方が屈折力が強い第２群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面をなす第２群第２レンズ、負の屈折力を有する第２群第３レンズ、正または負の屈折力を有し少なくとも一方のレンズ面が非球面をなす第２群第４レンズを備え、かつ、第２群第２レンズと第２群第３レンズとが両者を互に接合した接合レンズをなす３群４枚構成からなるものであり、第２群第４レンズが、式（１）：ＳＡＧ_Ｆ100＜０．０、および式（２）ＳＡＧ_Ｒ100＜０．０を満足するものである。

ここで、ＳＡＧ_Ｆ100は、このズームレンズの変倍全域の中で第２群第４レンズの物体側のレンズ面における有効径が最も大きくなるときに定められる、この第２群第４レンズの物体側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さである。

また、ＳＡＧ_Ｒ100は、このズームレンズの変倍全域の中で第２群第４レンズの像側のレンズ面における有効径が最も大きくなるときに定められる、この第２群第４レンズの像側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さである。

この「有効径」は、結像に寄与する全光線と特定のレンズ面との交わる領域中の点を考えたとき、径方向における最も外側の点からなる円（最も光軸から離れた点を通る円）の直径を意味する。なお、光軸に対して回転対称のレンズ面においては、上記の最も外側の点からなる図形の形状は円となるが、回転対称ではないレンズ面においては円とならない場合があり、そのような場合は、等価の円形状を考えてその円の直径を有効径としてもよい。

このズームレンズは、第２群第４レンズの物体側のレンズ面における有効径および像側のレンズ面における有効径が、両方共に、広角端において最大となるように構成されたものとすることが望ましい。

前記「有効径の位置」は、レンズ面と光軸とが交わる位置を原点としたときに、このレンズ面を通過する光線のうち、光軸と直交する光軸直交方向へ向ってこの光軸から最も離れた位置を通る光線と交わるそのレンズ面上の位置である。

前記「レンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さ」は、レンズ面上の有効径の位置から、このレンズ面と光軸とが交わる原点までの光軸方向における距離である。なお、ＳＡＧ_Ｆ100の値およびＳＡＧ_Ｒ100の値は、レンズ面上の有効径の位置が原点より物体側にある場合を負とし、像側にある場合を正とする。

前記「絞りの直後に配置された第３群」は、絞りから第３群までの光路中に光学部材が配されることなくその絞りと第３群とが配置されていることを意味する。

前記像面位置の補正は、第２群を光軸に沿って移動させることで変倍を行い、この変倍に伴う像面位置の変動を第４群で修正する補正であり、上記合焦は、ズームレンズを通して結像させた像を結像面上に位置させるようにするための結像位置の調節である。

ズームレンズを通して結像させる像に生じる収差を抑えるための補正であり、上記合焦は、ズームレンズを通して結像させた像を結像面上に位置させるようにするための結像位置の調節である。

前記第２群第４レンズは、式（１ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100−ＳＡＧ_Ｆ80＜０、および式（２ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100／ＳＡＧ_Ｆ80＞２．３を満足するものとすることが望ましい
ここで、ＳＡＧ_Ｆ80は、このズームレンズの変倍全域の中で第２群第４レンズの物体側のレンズ面の有効径が最も大きくなるときに定められる、この第２群第４レンズの物体側のレンズ面上の有効径の８０％の径の位置におけるレンズ深さである。

前記「レンズ面上の有効径の８０％の径の位置におけるレンズ深さ」は、レンズ面上において、光軸からこのレンズ面上の有効径の位置までの光軸直交方向の距離の８割の距離となる位置を通る光線とこのレンズ面とが交わる位置から、このレンズ面と光軸とが交わる原点までの光軸方向における距離である。なお、ＳＡＧ_Ｆ80の値は、原点よりも上記「８割の距離となる位置を通る光線とレンズ面とが交わる位置」が物体側にある場合を負とし、像側にある場合を正とする。

前記第２群は、式（３）：｜ｆ２４｜／｜ｆ２｜＞１５．０を満足するものとすることが望ましい。

ここで、ｆ２は、第２群の焦点距離である。また、ｆ２４は、第２群第４レンズの焦点距離である。

前記第２群第４レンズは、負の屈折力を有するものとすることが望ましい。

前記第２群第４レンズは、プラスチックレンズとすることもできる。

前記第１群は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１群第１レンズ、正の屈折力を有する第１群第２レンズ、正の屈折力を有する第１群第３レンズ、正の屈折力を有する第１群第４レンズを備え、第１群第１レンズと第１群第２レンズは両者が互に接合された接合レンズをなし、かつ、式（４）：Ｎｄ１４＞１．６０を満足するものとすることが望ましく、式（５）：Ｎｄ１４＞１．７０を満足するものとすることがさらに望ましい。

ここで、Ｎｄ１４は、第１群第４レンズのｄ線に対する屈折率である。

前記第３群は、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第３群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第３群第２レンズ、正の屈折力を有し像側に凹面を向けてなる第３群第３レンズからなるものとすることができる。

また、第３群は、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第３群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第３群第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面もしくは平面を向けてなる第３群第３レンズからなるものとすることもできる。

前記第４群は、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第４群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第４群第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第４群第３レンズを備え、かつ、第４群第２レンズと第４群第３レンズは両者が互いに接合された接合レンズをなす２群３枚構成からなるものとすることが望ましい。

前記ズームレンズは、第４群の像側に、負の屈折力を有する第５群をさらに備え、第５群が、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際に位置が固定されるものとすることが望ましい。

本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、絞り、この絞りの直後に配された正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を備え、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第１群と第３群が固定され、第２群を光軸に沿って像側へ移動させて変倍させつつ、第４群を光軸に沿って移動させて像面位置の補正および合焦が行なわれるように構成されたズームレンズであって、第２群を、物体側より順に、物体側のレンズ面よりも像側の凹面をなすレンズ面の方が屈折力が強い第２群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面をなす第２群第２レンズ、負の屈折力を有する第２群第３レンズ、正または負の屈折力を有し少なくとも一方のレンズ面が非球面をなす第２群第４レンズを備え、かつ、第２群第２レンズと第２群第３レンズは両者が互に接合された接合レンズをなす３群４枚構成からなるものとし、第２群第４レンズが以下の式（１）：ＳＡＧ_Ｆ100＜０．０、および式（２）：ＳＡＧ_Ｒ100＜０．０を満足するようにしたので、口径比を小さくすることなく高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができる。

ここで、ＳＡＧ_Ｆ100の値が式（１）の上限を超えるように（すなわち、ＳＡＧ_Ｆ100≧０．０となるように）第２群第４レンズの形状を定めると、この第２群第４レンズの中心肉厚（光軸Ｚ１上におけるレンズの厚み）を増大させる必要が生じるため装置サイズが大きくなってしまう。

また、ＳＡＧ_Ｒ100の値が式（２）の上限を超えるように（すなわち、ＳＡＧ_Ｒ100≧０．０となるように）第２群第４レンズの形状を定めると、第２群第４レンズと絞りとの間隔を拡大する必要が生じるため装置サイズが大きくなってしまう。

また、第２群第４レンズのレンズ面の少なくともいずれか一方を非球面とすることにより、望遠端での球面収差をより容易に補正することができる。

本発明の実施の形態によるズームレンズをこのズームレンズを通る光線の光路とともに示す断面図であり、ズームレンズが広角端に設定されている状態を示す図 式（１）、式（２）について説明する図であり、広角端に設定されているズームレンズの第２群を通る光線の光路を拡大して示す断面図。 式（１ａ）、式（２ａ）について説明する図であり、広角端に設定されているズームレンズの第２群を通る光線の光路を拡大して示す断面図 上記ズームレンズが望遠端に設定されている状態を示す断面図 実施例１のズームレンズが広角端に設定されている状態を示す図 広角端に設定された実施例１のズームレンズの縦収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例１のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例１のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例１のズームレンズの横収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例１のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例１のズームレンズの横収差を示す図 実施例２のズームレンズが広角端に設定されている状態を示す断面図 広角端に設定された実施例２のズームレンズの縦収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例２のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例２のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例２のズームレンズの横収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例２のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例２のズームレンズの横収差を示す図 実施例３のズームレンズが広角端に設定されている状態を示す断面図 広角端に設定された実施例３のズームレンズの縦収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例３のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例３のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例３のズームレンズの横収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例３のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例３のズームレンズの横収差を示す図 実施例４のズームレンズが広角端に設定されている状態を示す図 広角端に設定された実施例４のズームレンズの縦収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例４のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例４のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例４のズームレンズの横収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例４のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例４のズームレンズの横収差を示す図 実施例５のズームレンズが広角端に設定されている状態を示す図 広角端に設定された実施例５のズームレンズの縦収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例５のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例５のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例５のズームレンズの横収差を示す図 広角端と望遠端の中間に設定された実施例５のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例５のズームレンズの横収差を示す図 本発明のズームレンズを用いて構成したビデオカメラを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるズームレンズの概略構成をこのズームレンズを通る光線の光路とともに示す断面図である。この図１は上記ズームレンズが広角端に設定されている状態を示している。図２は、式（１）、式（２）について説明する図であり、広角端に設定されている上記ズームレンズの第２群を通る光線の光路を拡大して示す断面図である。図３は、式（１ａ）、式（２ａ）について説明する図であり、広角端に設定されている上記ズームレンズの第２群を通る光線の光路を拡大して示す断面図である。図４は望遠端に設定されている上記ズームレンズの概略構成を示す断面図である。

図示のズームレンズ１００は、物体側（図中−Ｚの側）より順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１、負の屈折力を有する第２群Ｇ２、開口絞りＳｔ、開口絞りＳｔの直後に配された正の屈折力を有する第３群Ｇ３、正の屈折力を有する第４群Ｇ４を備え、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第１群Ｇ１と第３群Ｇ３の位置が固定され、第２群Ｇ２の位置を光軸Ｚ１に沿って像側へ移動させて変倍させつつ、第４群Ｇ４の位置を光軸Ｚ１に沿って移動させて像面位置の補正および合焦が行なわれるように構成されたものである。

第２群Ｇ２は、物体側より順に、物体側のレンズ面Ｒ８よりも像側の凹面をなすレンズ面Ｒ９の方が強い屈折力を有する第２群第１レンズＬ５、正の屈折力を有し像側に凸面をなす第２群第２レンズＬ６、負の屈折力を有する第２群第３レンズＬ７、正または負の屈折力を有し少なくとも一方のレンズ面が非球面をなす第２群第４レンズＬ８を備え、かつ、第２群第２レンズＬ６と第２群第３レンズＬ７は両者が互に接合された接合レンズをなすものである。この第２群Ｇ２は３群４枚構成からなるものである。

第２群第４レンズＬ８は、式（１）：ＳＡＧ_Ｆ100＜０．０および式（２）：ＳＡＧ_Ｒ100＜０．０を満足している。

ここで、図２に示すように、ＳＡＧ_Ｆ100はズームレンズ１００が広角端に設定されているときの、第２群第４レンズＬ８の物体側のレンズ面Ｒ１３上の有効径の位置Ｆ100におけるレンズ深さである。また、ＳＡＧ_Ｒ100は、ズームレンズ１００が広角端に設定されているときの、第２群第４レンズＬ８の像側のレンズ面Ｒ１４上の有効径の位置Ｒ100におけるレンズ深さである。

なお、レンズ面Ｒ１３上の有効径の位置は、このレンズ面Ｒ１３を通過する光線（ズームレンズを通した結像に用いられる有効な光線）のうち、光軸Ｚ１から最も離れた位置を通る光線、すなわち、この光軸Ｚ１と直交する光軸直交方向へ向って光軸Ｚ１から最も離れた位置を通る光線とこのレンズ面Ｒ１３とが交わる位置である。その光線とレンズ面Ｒ１３とが交わる有効径の位置が位置Ｆ100として示されている。

レンズ面Ｒ１４上の有効径の位置は、上記と同様に、レンズ面Ｒ１４を通過する光線のうち、光軸Ｚ１と直交する光軸直交方向へ向って光軸Ｚ１から最も離れた位置を通る光線とこのレンズ面Ｒ１４とが交わる位置である。その光線とレンズ面Ｒ１４とが交わる有効径の位置が位置Ｒ100として示されている。

また、レンズ面Ｒ１３上の有効径の位置Ｆ100におけるレンズ深さＳＡＧ_Ｆ100は、レンズ面Ｒ１３と光軸Ｚ１とが交わる位置を原点ＯＦとしたときに、上記位置Ｆ100から原点ＯＦまでの光軸方向（図中矢印Ｚ方向）における距離である。なお、ＳＡＧ_Ｆ100の値は、位置Ｆ100が原点ＯＦより物体側にある場合が負、像側にある場合が正である。

また、レンズ面Ｒ１４上の有効径の位置Ｒ100におけるレンズ深さＳＡＧ_Ｒ100は、上記と同様に、レンズ面Ｒ１４と光軸Ｚ１とが交わる位置を原点ＯＲとしたときに、上記位置Ｒ100から原点ＯＲまでの光軸方向（図中矢印Ｚ方向）における距離である。なお、ＳＡＧ_Ｒ100の値は、位置Ｒ100が原点ＯＲより物体側にある場合が負、像側にある場合が正である。

なお、回転対象な形状をなすレンズを構成するレンズ面の有効径の位置は、レンズの光軸Ｚ１からの距離が一定である。

また、開口絞りＳｔの直後に第３群Ｇ３が配置されているので、開口絞りＳｔから第３群Ｇ３までの光路中に光学部材は配されていない。

なお、第２群第４レンズＬ８は、屈折力を弱くして収差の発生を抑えるようにするためズーム時に大きな移動量を確保できるように設計されている。

第２群第２レンズＬ６と第２群第３レンズＬ７を、上記のような接合レンズを構成するものとすることにより、接合面の曲率を大きくすることができ、特に望遠端における軸外での色収差を良好に補正することができる。

以下に、本願発明に必須の構成ではないが、本願発明における望ましい構成等について説明する。ズームレンズ１００はこれらの構成を備えたものである。

図１、４に示すように、ズームレンズ１００は、レンズＬ１〜Ｌ１５を物体側（図中−Ｚ方向）から像側（図中＋Ｚ方向）へこの順に配してなるものである。各レンズＬ１〜Ｌ１５に対応するレンズ面Ｒ１〜Ｒ２８が物体側から像側にこの順に配されている。

ここで、レンズ面Ｒ２はレンズＬ１とレンズＬ２との接合面、レンズ面Ｒ１１はレンズＬ６とＬ７との接合面、レンズ面Ｒ２５はレンズＬ１３とＬ１４との接合面を示している。

なお、レンズ面Ｒ２はレンズＬ１の像側のレンズ面とレンズＬ２の物体側のレンズ面とを共通の符号Ｒ２で示している。他の接合面であるレンズ面Ｒ１３およびレンズ面Ｒ２４についても同様である。

平行平面板Ｌ１５は、撮像面に入射する不要な光を遮断するためのフィルタである。

また、物体側からズームレンズ１００へ入射した光は、このズームレンズ１００通して結像面Ｊｋ上に結像される。

なお、ズームレンズ１００においてズームを設定する際の、位置の固定および移動は、結像面Ｊｋの位置に対する各群の位置の固定および移動である。

第２群第４レンズＬ８は、式（１ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100−ＳＡＧ_Ｆ80＜０、および式（２ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100／ＳＡＧ_Ｆ80＞２．３を満足している。

ここで、図３に示すように、ＳＡＧ_Ｆ80は、ズームレンズ１００が広角端に設定されているときの、第２群第４レンズＬ８の物体側のレンズ面Ｒ１３上の有効径の８０％の径の位置におけるレンズ深さである。

なお、「レンズ面Ｒ１３上の有効径の８０％の径の位置におけるレンズ深さ」は、レンズ面Ｒ１３上において、光軸Ｚ１から上記説明済みの位置Ｆ100までの光軸直交方向の距離の８割の距離となる位置を通る光線とこのレンズ面Ｒ１３とが交わる位置Ｆ80から、上記説明済みの原点ＯＦまでの光軸方向(図中矢印Ｚ方向)における距離である。なお、ＳＡＧ_Ｆ80の値は、原点ＯＦよりも位置Ｆ80が物体側にある場合が負、像側にある場合が正である。

このように、第２群第４レンズＬ８を、式（１ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100−ＳＡＧ_Ｆ80＜０、および式（２ａ）：ＳＡＧ_Ｆ100／ＳＡＧ_Ｆ80＞２．３をも満足するものとすれば、口径比を小さくすることなく、より確実に高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができる。

なお、式（２ａ）の上限を超えるように（すなわち、ＳＡＧ_Ｆ100−ＳＡＧ_Ｆ80≧０を満足するように）第２群第４レンズＬ８の形状を定めると、この第２群第４レンズＬ８の中心肉厚（光軸上におけるレンズの厚み、図中に符号ｔ８で示す）を増大させる必要が生じるため装置サイズが大きくなってしまう。

また、式（２ｂ）の下限を下回るように（すなわち、ＳＡＧ_Ｆ100／ＳＡＧ_Ｆ80≦２．３を満足するように）第２群第４レンズＬ８の形状を定めると、ズームの設定を望遠端にしたときに生じる球面収差が許容される範囲を超えてしまう、すなわち球面収差の補正が過剰となり光学性能が大きく劣化してしまう。

また、第２群Ｇ２は、式（３）：｜ｆ２４｜／｜ｆ２｜＞１５．０を満足するものである。ｆ２は、第２群Ｇ２の焦点距離の値であり、ｆ２４は、第２群第４レンズＬ８の焦点距離の値である。第２群Ｇ２をこのように定めることにより、非点収差の発生をより確実に抑制することができる。

なお、式（３）の下限を下回るように第２群Ｇ２を定めると、望遠端における非点収差が大きくなり光学性能の劣化を招く。

また、第２群第４レンズＬ８は、負の屈折力を有するものである。

なお、第２群第４レンズＬ８には、プラスチックレンズを採用することもできる。そのようにすれば、諸収差を抑えるために必要となるレンズ部材のコストを安価にすることができ、装置コストを低減することができる。

また、第１群Ｇ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１群第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第１群第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第１群第３レンズＬ３、正の屈折力を有する第１群第４レンズＬ４を備え、第１群第１レンズＬ１と第１群第２レンズＬ２は両者が互に接合された接合レンズＳ１２をなすものであり、さらに、この第１群Ｇ１は、式（４）：Ｎｄ１４＞１．６０を満足するものである。

ここで、Ｎｄ１４は、第１群第４レンズＬ４のｄ線に対する屈折率である。

第１群Ｇ１をこのように定めることにより、球面収差の補正をより容易に行なうことができる。Ｎｄ１４の値が、式（４）の下限を下回ると、すなわち、Ｎｄ１４の値が、Ｎｄ１４≦１．６０を満足するように定められると、望遠端での球面収差が補正過剰となり光学性能の劣化を招く。

なお、第１群Ｇ１は、式（５）Ｎｄ１４＞１．７０を満足するものとすることがより望ましい。

第３群Ｇ３は、物体側より順に、正の屈折力を有する少なくとも１面が非球面である第３群第１レンズＬ９、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第３群第２レンズＬ１０、第３群第３レンズＬ１１からなるものであり、第３群第３レンズＬ１１は、正の屈折力を有し像側に凹面を向けてなるものとしたり、負の屈折力を有し像側に凸面もしくは平面を向けてなるものとしたりすることができる。

第４群Ｇ４は、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第４群第１レンズＬ１２、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第４群第２レンズＬ１３、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第４群第３レンズＬ１４を備え、第４群第２レンズＬ１３と第４群第３レンズＬ１４は両者が互いに接合された接合レンズＳ１３１４をなすものである。この第４群Ｇ４は２群３枚構成からなるものである。第４群Ｇ４をこのように構成すれば、合焦（フォーカシング）時の距離変動を低減することができる。

なお、ズームレンズ１００は、第４群Ｇ４と平行平面板Ｌ１５との間に負の屈折力を有する第５群Ｇ５をさらに備えたものとし、この第５群Ｇ５を、第１群Ｇ１および第３群Ｇ３と同様に、このズームレンズ１００のズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際に位置が固定されるものとすることができる。そのようにすれば、より高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができる。また、例えば、撮像面に結像させる像サイズをより容易に変更することができる。

＜具体的な実施例＞
次に、図５（図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ）〜図９（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ、９Ｇ）、および表１（表１ａ、表１ｂ、表１ｃ、表１ｄ）〜表５（表５ａ、表５ｂ、表５ｃ、表５ｄ）を参照し、実施例１〜実施例５の各ズームレンズに係る数値データ等についてまとめて説明する。

ここで、実施例５のズームレンズは第５群を備えたものであり、他の実施例のズームレンズは第５群を備えていないものである。

また、実施例５のズームレンズの第２群第４レンズＬ８は近軸領域において正の屈折力を有するものであり、他の実施例のズームレンズにおける第２群第４レンズＬ８は近軸領域において負の屈折力を有するものである。

また、実施例４のズームレンズの第２群第４レンズＬ８はプラスチックレンズであり、他の実施例のズームレンズにおける第２群第４レンズＬ８はガラスレンズである。

表１〜表５は、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれの基本的なデータを示す表である。

表１ａ〜表５ａに各ズームレンズを構成するレンズデータを示す。なお、レンズ面番号に記号「＊」が付記されているレンズ面は非球面である。

表１ｂ〜表５ｂに各ズームレンズに採用した非球面の形状を表す非球面式の各係数を示す。

表１ｃ〜表５ｃに、広角端の設定と望遠端の設定とその間の設定との違いを比較して示す。

さらに、表１ｄ〜表５ｄに、実施例１から実施例５の各ズームレンズについて、式（１）、（２）、（１ａ）、（２ａ）、（３）、（４）中に示されている各変数の値を示す。

表１ａ〜表５ａのレンズデータにおいて、レンズの面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、結像面Ｊｋの面番号は含まれていないが、開口絞りＳｔや平行平面板の物体側の面と像側の面の面番号は含まれている。

Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面の近軸曲率半径を示し、Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、レンズデータの近軸曲率半径を示す符号Ｒｉは、図１中のレンズ面を示す符号Ｒｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）と対応している。

なお、接合面であるレンズ面Ｒ２は、レンズＬ１の像側のレンズ面とレンズＬ２の物体側のレンズ面とを共通の符号Ｒ２で示すものである。また、接合面であるレンズ面Ｒ１１は、レンズＬ６の像側のレンズ面とレンズＬ７の物体側のレンズ面とを共通の符号Ｒ１１で示すものである。さらに、接合面であるレンズ面Ｒ２５は、レンズＬ１３の像側のレンズ面とレンズＬ１４の物体側のレンズ面とを共通の符号Ｒ２５で示すものである。

また、ｎｄｊは物体側から像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、・・・）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

また、近軸曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、近軸曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

なお、表１ｂ〜表５ｂに示す非球面式の各係数ＫＡ、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５・・・は下記非球面式に適用されるものである。

表１ｃ〜表５ｃには、ズームレンズ全系の焦点距離、Ｆｎｏ、画角、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間隔（可変１）、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔（可変２）、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との間隔（可変３）、および第４群Ｇ４と後続の光学系との間隔（可変４）を、ズームを広角端に設定した場合、望遠端に設定した場合、および両者の中間に設定した場合について比較して示している。

なお、第４群Ｇ４と後続の光学系との間隔は、実施例３においては、第４群Ｇ４と第５群Ｇ５との間隔であり、他の実施例においては、第４群Ｇ４と平行平面板Ｌ１５との間隔である。

図５Ａ、６Ａ、・・・９Ａは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれを広角端に設定した状態の概略構成を示す断面図であり、説明済みの図１〜３中の符号と一致する図４Ａ〜９Ａ中の符号は、互に対応する部位を示している。

なお、図７Ａに示す実施例５は第５群を備えたものであり、他の実施例については第５群を備えていない。

図５Ｂ、６Ｂ、・・・９Ｂは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが広角端に設定されているときの縦収差を示す図である。

図５Ｃ、６Ｃ、・・・９Ｃは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが広角端と望遠端との中間に設定されているときの縦収差を示す図である。

図５Ｄ、６Ｄ、・・・９Ｄは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが望遠端に設定されているときの縦収差を示す図である。

図５Ｅ、６Ｅ、・・・９Ｅは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが広角端に設定されているときの横収差を示す図である。

図５Ｆ、６Ｆ、・・・９Ｆは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが広角端と望遠端との中間に設定されているときの横収差を示す図である。

図５Ｇ、６Ｇ、・・・９Ｇは、実施例１〜実施例５のズームレンズそれぞれが望遠端に設定されているときの横収差を示す図である。

収差を示す各図は、波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）、波長４３５．８ｎｍ（ｇ線）それぞれについての収差を示している。

また、収差を示す各図は、波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）については実線で表示し、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）については破線で表示し、波長４３５．８ｎｍ（ｇ線）については１点鎖線で表示している。

横収差を示す各図は、コマ収差を示しており、左右方向に、タンジェンシャル方向のコマ収差とサジタル方向のコマ収差とを対応させて示している。

なお、縦収差を表す図中の非点収差およびディストーションに関する図の縦軸に示す角度ωは半画角である。図中のディストーションは、ズームレンズ全系の焦点距離ｆ、画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎθとし、理想像高からの像高方向のずれ量をパーセントで表したものである。

図中の非点収差は、画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、近軸像面からの光軸方向のずれ量を表したものである。

実施例１〜５の基本的なデータおよび諸収差を示す図等から分かるように、本発明のズームレンズによれば、レンズそれぞれの形状や材質の最適化を図ることで、口径比を小さくすることなく高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができる。

図１０に、本発明の実施の形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１００を用いて構成したビデオカメラ１０１の構成を示す。なお、図１０では、ズームレンズ１００が備える第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、開口絞りＳｔ、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４を概略的に示し、変倍時に移動する第２群Ｇ２および第４群Ｇ４には移動方向に両矢印を付している。

ビデオカメラ１０１は、ズームレンズ１００と、このズームレンズ１００の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子４と、信号処理回路５とを備えている。ここで、撮像素子４の受光面の位置がズームレンズ１００の結像面Ｊｋの位置と一致する。

ズームレンズ１００により撮像素子４の受光面上に被写体の像が結像され、撮像素子４から出力されたこの像を担持する画像信号が信号処理回路５で処理されて表示装置６にその像を表す可視像が表示される。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、屈折率、分散、あるいは、各レンズ間の面間隔などは、上記数値に限定されず、他の値を取り得る。

Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｓｔ 開口絞り
Ｌ５ 第２群第１レンズ
Ｌ６ 第２群第２レンズ
Ｌ７ 第２群第３レンズ
Ｌ８ 第２群第４レンズ
Ｚ１ 光軸

Claims (10)

1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、絞り、該絞りの直後に配された正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を備え、
   ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、前記第１群と第３群の位置が固定され、前記第２群の像側への移動により変倍させつつ、前記第４群の光軸方向への移動により像面位置の補正および合焦が行なわれるように構成されたズームレンズであって、
   前記第２群が、物体側より順に、物体側のレンズ面よりも像側の凹面をなすレンズ面の方が屈折力が強い第２群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面をなす第２群第２レンズ、負の屈折力を有する第２群第３レンズ、正または負の屈折力を有し少なくとも一方のレンズ面が非球面をなす第２群第４レンズを備え、かつ、前記第２群第２レンズと前記第２群第３レンズは両者が互に接合された接合レンズをなす３群４枚構成からなるものであり、
   前記第２群第４レンズが、以下の式（１）および式（２）を満足するものであることを特徴とするズームレンズ。
   ＳＡＧ_Ｆ100＜０．０ ・・・（１）
   ＳＡＧ_Ｒ100＜０．０ ・・・（２）
   ここで、
   ＳＡＧ_Ｆ100；ズームレンズが広角端に設定されているときの、第２群第４レンズの物体側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さ。
   ＳＡＧ_Ｒ100；ズームレンズが広角端に設定されているときの、第２群第４レンズの像側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さ。
2. 前記第２群第４レンズが、以下の式（１ａ）および式（２ａ）を満足するものであることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   ＳＡＧ_Ｆ100−ＳＡＧ_Ｆ80＜０ ・・・（１ａ）
   ＳＡＧ_Ｆ100／ＳＡＧ_Ｆ80＞２．３ ・・・（２ａ）
   ここで、
   ＳＡＧ_Ｆ80；ズームレンズが広角端に設定されているときの、第２群第４レンズの物体側のレンズ面上の有効径の８０％の径の位置におけるレンズ深さ
3. 前記第２群が、以下の式（３）を満足するものであることを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
   ｜ｆ２４｜／｜ｆ２｜＞１５．０ ・・・（３）
   ここで、
   ｆ２；第２群の焦点距離
   ｆ２４；第２群第４レンズの焦点距離
4. 前記第２群第４レンズが、負の屈折力を有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 前記第１群が、物体側より順に、負の第１群第１レンズ、正の第１群第２レンズ、正の第１群第３レンズ、正の第１群第４レンズを備え、前記第１群第１レンズと第１群第２レンズは両者が互に接合された接合レンズをなすものであり、以下の式（４）を満足するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
   Ｎｄ１４＞１．６０ ・・・（４）
   ここで、
   Ｎｄ１４；第１群第４レンズのｄ線に対する屈折率
6. 前記第３群が、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第３群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第３群第２レンズ、正の屈折力を有し像側に凹面を向けてなる第３群第３レンズからなるものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. 前記第３群が、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第３群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第３群第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面もしくは平面を向けてなる第３群第３レンズからなるものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 前記第４群が、物体側より順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面をなす第４群第１レンズ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けた第４群第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第４群第３レンズを備え、かつ、前記第４群第２レンズと前記第４群第３レンズは両者が互いに接合された接合レンズをなす２群３枚構成からなるものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 前記第４群の像側に、負の屈折力を有する第５群をさらに備え、
   前記第５群が、前記ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際に位置が固定されるものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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