JP5663116B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、シネマ用カメラおよび監視用カメラ等の電子カメラに用いられるズームレンズ、およびこのズームレンズを搭載した撮像装置に関するものである。

放送用カメラ、映画撮影用カメラ等の電子カメラにおいては、フォーカシングによる画角の変動は好ましくない。このため、第１から第４の４つのレンズ群からなるズームレンズにおいて、第１レンズ群を負の屈折力を有する第１１群、正の屈折力を有する第１２群および正の屈折力を有する第１３群に分け、フォーカシング時には第１２群を移動させるものが提案されている（特許文献１，２参照）。また、このような電子カメラに用いられるズームレンズとして、高倍率化のために５群構成としたものも提案されている（特許文献３参照）。とくに、シネマ用カメラは、ＨＤＴＶ（ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）カメラ用の撮影レンズと同等またはそれ以上の性能が要求される。このような要望に応えるレンズとして、例えば特許文献４に記載されたものが提案されている。

特開平９−１５５０１号公報 特開平１０−６２６８６号公報 特開平１０−３１１５７号公報 特開２００４−３４１２３８号公報

しかしながら、特許文献１から４に記載されたズームレンズにおいては、いずれもイメージサイズがそれほど大きくないにもかかわらず、第１レンズ群が十分に小型化されているとは言い難い。とくに近年においては、可搬型の放送用レンズの要求が増大しており、大きなイメージサイズに対して、小型軽量なレンズが求められている。また、変倍中において、Ｆ値が一定であることも求められているが、特許文献３に記載されたズームレンズは、Ｆ値が一定ではない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、変倍時においてＦ値が一定であり、軽量化および高性能化を達成できるズームレンズを提供することを目的とする。

本発明によるズームレンズは、物体側から順に、変倍時固定で、正の屈折力を有する第１レンズ群、広角端から望遠端に変倍する際に、物体側から像側へ移動する、負の屈折力を有する第２レンズ群、変倍時の像面の移動を補正する、負の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍時固定で絞りを有し、正の屈折力を有する第４レンズ群から構成され、
第２レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第２ａレンズ群、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、変倍時に第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群との間隔を変化させるものであり、
第３レンズ群は、第４レンズ群との間隔が、望遠端において広角端よりも狭くなるように移動し、
下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。

５．０＜Ｌ／ｆｗ＜１５．０ … （１）
ただし、
Ｌ：第１レンズ群の最も物体側の面から絞りまでの距離
ｆｗ：広角端の焦点距離
なお、下記条件式（１−１）、（１−２）を満足するものとしてもよい。

７．０＜Ｌ／ｆｗ＜１２．０ … （１−１）
８．０＜Ｌ／ｆｗ＜１０．０ … （１−２）
本発明のズームレンズは、第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群および第４レンズ群からなるものであるが、４つのレンズ群以外に，実質的にパワーを持たないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つものも含むものであってもよい。

また、本発明においては、凸面、凹面、平面、両凹、メニスカス、両凸、平凸および平凹等といったレンズの面形状、正および負といったレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものについてはとくに断りのない限り近軸領域で考えるものとする。また、本発明においては、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸面を向けた場合を正、像側に凸面を向けた場合を負とすることにする。

なお、本発明によるズームレンズにおいては、第２ａレンズ群と第２ｂレンズ群との間隔は、広角端と望遠端との間の焦点距離において、広角端よりも間隔が広がる点を有することが好ましい。

また、本発明によるズームレンズにおいては、第１レンズ群は物体側から順に、フォーカシング時に固定で負の屈折力を有する第１ａレンズ群、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群、およびフォーカシング時に固定で正の屈折力を有する第１ｃレンズ群から構成され、
下記条件式（２）を満足することが好ましい。

０．０５０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．２００ … （２）
ただし、
ｆｗ：広角端の焦点距離
ｆ１ｂ：第１ｂレンズ群の焦点距離
なお、下記条件式（２−１）、（２−２）を満足するものとしてもよい。

０．０６０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１５０ … （２−１）
０．０７０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１００ … （２−２）
また、本発明によるズームレンズにおいては、第１ａレンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第１ａ１レンズ、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向け、光軸から離れるに従い、正の屈折力が強まる形状の非球面を有する第１ａ２レンズ、および物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた、負の屈折力を有する第１ａ３レンズと、像側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向けた、正の屈折力を有する第１ａ４レンズとの接合レンズから構成されることが好ましい。

この場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。

０．００＜θｇＦ１ａ４−θｇＦ１ａ３ … （３）
ただし、
θｇＦ１ａ４：第１ａ４レンズのｇ線とＦ線との部分分散比
θｇＦ１ａ３：第１ａ３レンズのｇ線とＦ線との部分分散比
また、本発明によるズームレンズにおいては、第１ｂレンズ群は、接合面が物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１ｂ１レンズと、正の屈折力を有する第１ｂ２レンズとの接合レンズから構成されることが好ましい。

また、本発明によるズームレンズにおいては、第２ａレンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第２ａ１レンズ、および両凹形状を有する第２ａ２レンズから構成され、第２ｂレンズ群は、物体側から順に、両凸形状を有する第２ｂｐレンズと、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた、負の屈折力を有する第２ｂｎレンズとの接合レンズから構成されることが好ましい。

この場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。

１．７５＜Ｎ２ａ … （４）
ただし、
Ｎ２ａ：第２ａレンズ群の平均屈折率
下記条件式（４−１）を満足するものとしてもよい。

１．８３＜Ｎ２ａ … （４−１）
また、本発明によるズームレンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましい。

２０．０＜ν２ｂｎ−ν２ｂｐ … （５）
ただし、
ν２ｂｎ：第２ｂｎレンズのアッベ数
ν２ｂｐ：第２ｂｐレンズのアッベ数
また、本発明によるズームレンズにおいては、第３レンズ群は、物体側から順に、両凹形状を有する第３ｎレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３ｐレンズとの接合レンズから構成されることが好ましい。

この場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。

３０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６）
ただし、
ν３ｐ：第３ｐレンズ３ｐのアッベ数
ν３ｎ：第３ｎレンズ３ｎのアッベ数
下記条件式（６−１）を満足するものとしてもよい。

４０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６−１）
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを搭載したことを特徴とするものである。

本発明によれば、物体側から順に、変倍時固定で、正の屈折力を有する第１レンズ群、広角端から望遠端に変倍する際に、物体側から像側へ移動する、負の屈折力を有する第２レンズ群、変倍時の像面の移動を補正する、負の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍時固定で絞りを有し、正の屈折力を有する第４レンズ群から構成されるものとしたため、第１レンズ群から第３レンズ群の間において、軸上光束がけられなければ、変倍中においてＦ値を一定とすることができる。

また、第２レンズ群を、物体側から順に負の屈折力を有する第２ａレンズ群、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成し、変倍時にその間隔を変化させるようにしたため、変倍に伴う収差変動を補正することができ、これにより、高画質な画像を取得することができる。

また、第３レンズ群を、第４レンズ群との間隔が望遠端において広角端よりも狭くなるように移動させることにより、望遠端での第２レンズ群の移動範囲を広く取ることができるため、第２レンズ群の屈折力を抑えることができ、これにより、変倍に伴う収差変動を抑えることができる。

また、条件式（１）を満足することにより、変倍中の収差変動を抑えることができ、かつ第１レンズ群の径を小さくすることができるため、レンズの軽量化を図ることができる。

本発明の撮像装置によれば、本発明のズームレンズを備えているため、小型で高性能に構成でき、撮像素子を用いて良好な像を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るズームレンズの第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 実施例１に係るズームレンズの広角端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの望遠端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの広角端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの中間域における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの広角端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの中間域における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの望遠端における諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係るズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の実施例１のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ）は広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｂ）は中間域（中間焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｃ）は望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置に対応している。同様にして、後述の実施例２，３のレンズ構成に対応する第２および第３の構成例を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、撮影倍率の変化に伴って変化する部分の面間隔（Ｄ１４，Ｄ１８，Ｄ２１，Ｄ２４）のみ符号を付す。

このズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を備えている。光学的な開口絞りＳｔは第４レンズ群Ｇ４の物体側に配設されていることが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負の屈折力を有する第２ａレンズ群Ｇ２ａ、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群Ｇ２ｂから構成され、変倍時にその間隔を変化させる。なお、第２ａレンズ群Ｇ２aと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂとの間隔は、広角端と望遠端との間の焦点距離において、広角端よりも間隔が広がる点を有する。

本実施形態のズームレンズは、例えばミラーレス一眼カメラ等の撮影機器に装着可能である。このズームレンズを搭載したカメラの結像面（撮像面）には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１００が配置される。撮像素子１００は、本実施形態のズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するものである。少なくとも、このズームレンズと撮像素子１００とで、本実施形態における撮像装置が構成される。最終レンズ群である第４レンズ群Ｇ４と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていてもよい。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタ等の平板状の光学部材が配置されていてもよい。なお、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には、撮像素子１００および光学部材ＧＣも併せて示している。

このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は変倍時において固定されており、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚに沿って移動させて、各群間隔を変化させることにより変倍を行うように構成されている。すなわち、広角端から中間域へ、さらに望遠端へと変倍させるに従い、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３は、例えば図１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）の状態へ、さらに図１（Ｃ）の状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。

より詳しくは、広角端状態から望遠端状態への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２ａレンズ群Ｇ２ａと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂとの間隔が広角端よりも広がった後に減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が減少するよう移動する。このように各レンズ群を移動することで、各レンズ群で効果的に変倍を行うことができる。

本実施形態のズームレンズではこのような構成を採用することにより、第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３の間において、軸上光束がけられなければ、変倍中においてＦ値（ＦＮｏ．）を一定とすることができる。

また、第２レンズ群Ｇ２を、物体側から順に負の屈折力を有する第２ａレンズ群Ｇ２ａ、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群Ｇ２ｂから構成し、変倍時にその間隔を変化させるものとしたため、変倍に伴う収差変動を補正することができ、これにより、高画質な画像を取得することができる。とくに、変倍時において、広角端と望遠端との間の焦点距離において、広角端よりも間隔が広がる点を有するものとすることにより、収差変動をより抑えることができる。

また、第３レンズ群Ｇ３を、第４レンズ群Ｇ４との間隔が望遠端において広角端よりも狭くなるように移動させることにより、望遠端での第２レンズ群Ｇ２の移動範囲を広く取ることができるため、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を抑えることができ、これにより、変倍に伴う収差変動を抑えることができる。

また、本実施形態のズームレンズは、下記条件式（１）を満足することが好ましい。

５．０＜Ｌ／ｆｗ＜１５．０ … （１）
ただし、
Ｌ：第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面から絞りまでの距離
ｆｗ：広角端の焦点距離
条件式（１）の下限を下回ると、十分な変倍比が得られないか、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が過大となり、変倍中の収差変動が大きくなる。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の径が大きくなり、軽量化が困難となる。

さらなる収差変動の低下および軽量化を達成するためには、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。また、下記条件式（１−２）を満足することがより好ましい。

７．０＜Ｌ／ｆｗ＜１２．０ … （１−１）
８．０＜Ｌ／ｆｗ＜１０．０ … （１−２）
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、フォーカシング時に固定で負の屈折力を有する第１ａレンズ群Ｇ１ａ、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群Ｇ１ｂ、およびフォーカシング時に固定で正の屈折力を有する第１ｃレンズ群Ｇ１ｃから構成されることが好ましい。第１ｂレンズ群Ｇ１ｂは、無限遠物体から有限距離物体へのフォーカシングの際に、光軸Ｚに沿って移動してフォーカシングを行う。第１レンズ群Ｇ１をこのように構成することにより、変倍時の画角変化を小さくすることができる。また、第１ａレンズ群Ｇ１ａを負の屈折力を有するものとすることにより、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を小さくすることができる。

この場合、下記条件式（２）を満足することが好ましい。

０．０５０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．２００ … （２）
ｆｗ：広角端の焦点距離
ｆ１ｂ：第１ｂレンズ群Ｇ１ｂの焦点距離
条件式（２）の下限を下回ると、フォーカシング時の第１ｂレンズ群Ｇ１ｂの移動量が大きくなって、第１ａレンズ群Ｇ１ａと第１ｃレンズ群Ｇ１ｃとの間隔を大きくせざるを得なくなり、その結果、第１ａレンズ群Ｇ１ａの径が増大して、軽量化が困難となる。条件式（２）の上限を上回ると、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂのパワーが強くなるため、フォーカシング時の移動量は小さくなるが、物体距離の変化に応じてフォーカスを変化させたときの収差変動が大きくなる。

さらなる軽量化および収差変動の低下を達成するためには、下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。また、下記条件式（２−２）を満足することがより好ましい。

０．０６０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１５０ … （２−１）
０．０７０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１００ … （２−２）
本実施形態においては、第１ａレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第１ａ１レンズＬ１ａ１、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向け、光軸Ｚから離れるに従い、正の屈折力が強まる形状の非球面を有する第１ａ２レンズＬ１ａ２、および物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた負の屈折力を有する第１ａ３レンズＬ１ａ３と、像側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向けた正の屈折力を有する第１ａ４レンズＬ１ａ４との接合レンズから構成されることが好ましい。

第１ａレンズ群Ｇ１ａをこのように構成することにより、負のメニスカスレンズ形状を有する第１ａ１レンズＬ１ａ１により軸外の光線と光軸Ｚとのなす角度を小さくし、これにより第２レンズ群Ｇ２に入射する角度を小さくし、フォーカシングによる画角変動および周辺画角の収差変動を軽減することができる。また、正の屈折力を有する第１ａ２レンズＬ１ａ２により、広角端の歪曲収差および倍率色収差を軽減できる。また、正の屈折力を有する第１ａ２レンズＬ１ａ２の非球面により、周辺画角の収差変動を軽減できる。さらに、負の屈折力を有する第１ａ３レンズＬ１ａ３と正の屈折力を有する第１ａ４レンズＬ１ａ４との接合レンズにより、望遠端での球面収差および軸上色収差、並びに広角端から望遠端までの倍率色収差を補正することができる。

この場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。

０．００＜θｇＦ１ａ４−θｇＦ１ａ３ … （３）
ただし、
θｇＦ１ａ４：第１ａ４レンズＬ１ａ４のｇ線とＦ線との部分分散比
θｇＦ１ａ３：第１ａ３レンズＬ１ａ３のｇ線とＦ線との部分分散比
条件式（３）を満足することにより、２次色収差を効果的に補正できる。

また、本実施形態においては、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂは、接合面が物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１ｂ１レンズＬ１ｂ１と、正の屈折力を有する第１ｂ２レンズＬ１ｂ２との接合レンズから構成されることが好ましい。第１ｂレンズ群Ｇ１ｂをこのように構成することにより、フォーカシングによる収差の変動を小さく抑えることができる。とくに接合面をこの向きに配置することにより、フォーカシング時の倍率色収差および非点収差の変動を抑えることができる。

また、本実施形態においては、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃは、正の屈折力を有する２枚の第１ｃ１レンズＬ１ｃ１および第１ｃ２レンズＬ１ｃ２から構成されることが好ましい。第１ｃレンズ群Ｇ１ｃをこのように構成することにより、望遠端での球面収差の補正が容易となる。

また、本実施形態においては、第２ａレンズ群Ｇ２ａは、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第２ａ１レンズＬ２ａ１、および両凹形状を有する第２ａ２レンズＬ２ａ２から構成され、第２ｂレンズ群Ｇ２ｂは、物体側から順に両凸形状を有する第２ｂｐレンズＬ２ｂｐと物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた負の屈折力を有する第２ｂｎレンズＬ２ｂｎとの接合レンズにより構成されることが好ましい。第２ａレンズ群Ｇ２ａをこのように構成することにより、変倍中の像面湾曲および倍率色収差の補正が容易となる。

この場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。

１．７５＜Ｎ２ａ … （４）
ただし、
Ｎ２ａ：第２ａレンズ群Ｇ２ａの平均屈折率
条件式（４）の下限を下回ると、変倍中の球面収差および非点収差の変動が大きくなる。

さらなる変倍中の球面収差および非点収差の変動の防止を達成するためには、下記条件式（４−１）を満足することが好ましい。

１．８３＜Ｎ２ａ … （４−１）
また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。

２０．０＜ν２ｂｎ−ν２ｂｐ … （５）
ただし、
ν２ｂｎ：第２ｂｎレンズＬ２ｂｎのアッベ数
ν２ｂｐ：第２ｂｐレンズＬ２ｂｐのアッベ数
条件式（５）の下限を下回ると、軸上色収差および倍率色収差が補正不足となる。

また、本実施形態においては、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹形状を有する第３ｎレンズＬ３ｎと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３ｐレンズＬ３ｐとの接合レンズから構成されることが好ましい。第３レンズ群Ｇ３をこのように構成することにより、変倍中の球面収差および軸上色収差の補正が容易となる。

この場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。

３０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６）
ただし、
ν３ｐ：第３ｐレンズＬ３ｐのアッベ数
ν３ｎ：第３ｎレンズＬ３ｎのアッベ数
条件式（６）の下限を下回ると、軸上色収差の補正が困難となる。

軸上色収差の補正をさらに容易とするためには、下記条件式（６−１）を満足することが好ましい。

４０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６−１）
また、本実施形態においては、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第４−１レンズＬ４１、正の屈折力を有する第４−２レンズＬ４２、負の屈折力を有する第４−３レンズＬ４３、正の屈折力を有する第４−４レンズＬ４４、正の屈折力を有する第４−５レンズＬ４５、負の屈折力を有する第４−６レンズＬ４６、正の屈折力を有する第４−７レンズＬ４７、負の屈折力を有する第４−８レンズＬ４８、および正の屈折力を有する第４−９レンズＬ４９から構成される。なお、第２および第３実施例においては、単レンズである第４−９レンズＬ４９に代えて、第４−９レンズＬ４９と正の屈折力を有する第４−１０レンズＬ５０との接合レンズから構成される。

［撮像装置への適用例］
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態のズームレンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたデジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、シネマ用カメラおよび監視用カメラ等を挙げることができる。

図１３に示す撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、ズームレンズ１によって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、ズームレンズ１の変倍とその変倍によるフォーカス調整を行うためのズーム制御部５とを備える。

ズームレンズ１は、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、光軸Ｚに沿って移動することにより変倍を行う負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、変倍時の像面の移動を補正する負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳｔを含み、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを有するものである。図１３では各レンズ群を概略的に示している。撮像素子３は、ズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、その撮像面はズームレンズ１の像面に一致するように配置される。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

このような撮像装置におけるズームレンズ１として、本実施形態によるズームレンズを用いることで、高解像の撮像信号が得られる。

次に、本実施形態に係るズームレンズの具体的な実施例について説明する。

［実施例１］
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の実施例１に係るズームレンズの構成を示す図である。

実施例１に係るズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、フォーカシング時に固定で負の屈折力を有する第１ａレンズ群Ｇ１ａ、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群Ｇ１ｂ、およびフォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１ｃレンズ群Ｇ１ｃから構成されている。

第１ａレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第１ａ１レンズＬ１ａ１、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向けた正の屈折力を有する第１ａ２レンズＬ１ａ２、および物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた負の屈折力を有する第１ａレンズＬ１ａ３と、像側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向けた正の屈折力を有する第１ａ４レンズＬ１ａ４との接合レンズから構成されている。なお、第１ａ２レンズＬ１ａ２の物体側の面Ｒ３が、光軸Ｚから離れるに従い、正の屈折力が強まる形状の非球面で構成されている。

第１ｂレンズ群Ｇ１ｂは、接合面が物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１ｂ１レンズＬ１ｂ１と正の屈折力を有する第１ｂ２レンズＬ１ｂ２との接合レンズから構成されている。

第１ｃレンズ群Ｇ１ｃは、正の屈折力を有する第１ｃ１レンズＬ１ｃ１および第１ｃ２レンズＬ１ｃ２の２枚のレンズから構成されている。第１ｃ２レンズＬ１ｃ２の物体側の面Ｒ１３は非球面で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負の屈折力を有する第２ａレンズ群Ｇ２ａ、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群Ｇ２ｂから構成されている。第２ａレンズ群Ｇ２ａは、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第２ａ１レンズＬ２ａ１、および両凹形状を有する第２ａ２レンズＬ２ａ２から構成され、第２ｂレンズ群Ｇ２ｂは、物体側から順に両凸形状を有する第２ｂｐレンズＬ２ｂｐと物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた負の屈折力を有する第２ｂｎレンズＬ２ｂｎとの接合レンズにより構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹形状を有する第３ｎレンズＬ３ｎと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３ｐレンズＬ３ｐとの接合レンズから構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第４−１レンズＬ４１、正の屈折力を有する第４−２レンズＬ４２、負の屈折力を有する第４−３レンズＬ４３、正の屈折力を有する第４−４レンズＬ４４、正の屈折力を有する第４−５レンズＬ４５、負の屈折力を有する第４−６レンズＬ４６、正の屈折力を有する第４−７レンズＬ４７、負の屈折力を有する第４−８レンズＬ４８、および正の屈折力を有する第４−９レンズＬ４９から構成されている。

表１および表２は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。表１にはその基本的なレンズデータを示し、表２にはその他のデータを示す。表１に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係るズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜４２）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１（Ｂ）において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｊの欄には、最も物体側のレンズを１番目として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の欄には、ｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。表２には、その他のデータとして、広角端、中間域および望遠端での無限遠合焦状態における全系のズーム倍率、近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ、Ｆ値（ＦＮｏ．）および画角（２ω）の値についても示す。

実施例１に係るズームレンズは、変倍に伴って第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、第２ａレンズ群Ｇ２ａと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂとの間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔、および第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が変化するため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔Ｄ１４、第２ａレンズ群Ｇ２ａと第２ｂレンズ群Ｇ２ｂとの間隔Ｄ１８、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔Ｄ２１、および第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔Ｄ２４の値は可変となっている。表２には、面間隔Ｄ１４，Ｄ１８，Ｄ２１，Ｄ２４の変倍時のデータとして、広角端、中間域および望遠端での無限遠合焦状態におけるズーム間隔（ｍｍ）を示す。

表１のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。表１の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、近軸の曲率半径の数値を示している。

表３には実施例１に係るズームレンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

また表３には、実施例１に係るズームレンズの非球面データを示す。ここでは、非球面の面番号と、その非球面に関する非球面係数を示す。ここで非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０^-n」を意味する。なお非球面係数は、下記非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍの値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｍ・ｈ^m
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
実施例１に係るズームレンズの非球面は、上記非球面式に基づき、非球面係数ＡｍについてはＡ４〜Ａ２０までの偶数の次数を有効に用いて表している。

［実施例２，３］
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の実施例２に係るズームレンズの構成を示す図、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の実施例３に係るズームレンズの構成を示す図である。実施例２，３に係るズームレンズは、実施例１に係るズームレンズと略同様の構成とされているが、第４レンズ群Ｇ４の最も像面に近いレンズが、正の屈折力を有する第４−９レンズＬ４９に代えて、負の屈折力を有する第４−９レンズＬ４９と正の屈折力を有する第４−１０レンズＬ５０との接合レンズが使用され、これに伴い、第４−８レンズＬ４８より像側にあるレンズの面番号が、実施例１とは１ずれる点において相違している。

上記の実施例１と同様に、実施例２に係るズームレンズの具体的なレンズデータを表４〜６に示す。また、実施例３に係るズームレンズの具体的なレンズデータを表７〜９に示す。なお、実施例３に係るズームレンズは、面Ｒ３および面Ｒ１３に加えて、第２ａレンズ群Ｇ２ａ負のメニスカスレンズＬ２ａ１の物体側の面Ｒ１５が非球面で構成されている。

［各実施例のその他の数値データ］
表１０には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。表１０から分かるように、条件式（１）〜（６）については、各実施例の値がその数値範囲内となっている。

［収差性能］
図４（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差および倍率色収差を示している。図５（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図には、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）および波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、２点鎖線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮｏ．はＦ値、ωは半画角を示す。倍率色収差図には、Ｃ線、Ｆ線およびｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差を示す。

同様に、実施例２に係るズームレンズについての諸収差を図７（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図８（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図９（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、実施例３に係るズームレンズについての諸収差を図１０〜１２の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、各変倍域でＦ値が一定であり、かつ諸収差が良好に補正され、全体的に小型化の図られたズームレンズが実現できている。

なお、本発明は、上記実施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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

Claims (17)

1. 物体側から順に、変倍時固定で、正の屈折力を有する第１レンズ群、広角端から望遠端に変倍する際に、物体側から像側へ移動する、負の屈折力を有する第２レンズ群、変倍時の像面の移動を補正する、負の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍時固定で絞りを有し、正の屈折力を有する第４レンズ群から構成され、
   前記第１レンズ群は物体側から順に、フォーカシング時に固定で負の屈折力を有する第１ａレンズ群、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群、およびフォーカシング時に固定で正の屈折力を有する第１ｃレンズ群から構成され、
   前記第２レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第２ａレンズ群、および正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、変倍時に前記第２ａレンズ群と前記第２ｂレンズ群との間隔を変化させるものであり、
   前記第３レンズ群は、前記第４レンズ群との間隔が、望遠端において広角端よりも狭くなるように移動し、
   下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   ５．０＜Ｌ／ｆｗ＜１５．０ … （１）
   ０．０５０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．２００ … （２）
   ただし、
   Ｌ：前記第１レンズ群の最も物体側の面から絞りまでの距離
   ｆｗ：広角端の焦点距離
   ｆ１ｂ：前記第１ｂレンズ群の焦点距離
2. 下記条件式（１−１）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   ７．０＜Ｌ／ｆｗ＜１２．０ … （１−１）
   ただし、
   Ｌ：前記第１レンズ群の最も物体側の面から絞りまでの距離
   ｆｗ：広角端の焦点距離
3. 下記条件式（１−２）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   ８．０＜Ｌ／ｆｗ＜１０．０ … （１−２）
   ただし、
   Ｌ：前記第１レンズ群の最も物体側の面から絞りまでの距離
   ｆｗ：広角端の焦点距離
4. 前記第２ａレンズ群と前記第２ｂレンズ群との間隔は、広角端と望遠端との間の焦点距離において、広角端よりも間隔が広がる点を有す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. 下記条件式（２−１）を満足す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。
   ０．０６０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１５０ … （２−１）
   ｆｗ：広角端の焦点距離
   ｆ１ｂ：前記第１ｂレンズ群の焦点距離
6. 下記条件式（２−２）を満足す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。
   ０．０７０＜ｆｗ／ｆ１ｂ＜０．１００ … （２−２）
   ｆｗ：広角端の焦点距離
   ｆ１ｂ：前記第１ｂレンズ群の焦点距離
7. 前記第１ａレンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第１ａ１レンズ、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向け、光軸から離れるに従い、正の屈折力が強まる形状の非球面を有する第１ａ２レンズ、および物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた、負の屈折力を有する第１ａ３レンズと、像側に曲率半径の絶対値が小さい方の凸面を向けた、正の屈折力を有する第１ａ４レンズとの接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
   ０．００＜θｇＦ１ａ４−θｇＦ１ａ３ … （３）
   ただし、
   θｇＦ１ａ４：前記第１ａ４レンズのｇ線とＦ線との部分分散比
   θｇＦ１ａ３：前記第１ａ３レンズのｇ線とＦ線との部分分散比
9. 前記第１ｂレンズ群は、接合面が物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１ｂ１レンズと、正の屈折力を有する第１ｂ２レンズとの接合レンズから構成され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. 前記第２ａレンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ形状を有する第２ａ１レンズ、および両凹形状を有する第２ａ２レンズから構成され、前記第２ｂレンズ群は、物体側から順に、両凸形状を有する第２ｂｐレンズと、物体側に曲率半径の絶対値が小さい方の凹面を向けた、負の屈折力を有する第２ｂｎレンズとの接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
11. 下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１０記載のズームレンズ。
    １．７５＜Ｎ２ａ … （４）
    ただし、
    Ｎ２ａ：前記第２ａレンズ群の平均屈折率
12. 下記条件式（４−１）を満足することを特徴とする請求項１０記載のズームレンズ。
    １．８３＜Ｎ２ａ … （４−１）
    ただし、
    Ｎ２ａ：前記第２ａレンズ群の平均屈折率
13. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ２０．０＜ν２ｂｎ−ν２ｂｐ … （５）
    ただし、
    ν２ｂｎ：前記第２ｂｎレンズのアッベ数
    ν２ｂｐ：前記第２ｂｐレンズのアッベ数
14. 前記第３レンズ群は、物体側から順に、両凹形状を有する第３ｎレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３ｐレンズとの接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズ。
15. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１４記載のズームレンズ。
    ３０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６）
    ただし、
    ν３ｐ：前記第３ｐレンズ３ｐのアッベ数
    ν３ｎ：前記第３ｎレンズ３ｎのアッベ数
16. 下記条件式（６−１）を満足することを特徴とする請求項１４記載のズームレンズ。
    ４０．０＜ν３ｎ−ν３ｐ … （６−１）
    ただし、
    ν３ｐ：前記第３ｐレンズ３ｐのアッベ数
    ν３ｎ：前記第３ｎレンズ３ｎのアッベ数
17. 請求項１から１６のいずれか１項記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。

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