JP5665637B2 - 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に関し、例えばビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩写真用カメラ等の撮像装置に用いる撮像レンズとして好適なものである。
固体撮像素子を用いたビデオカメラ、監視用カメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系には、広画角（広角）・高ズーム比（高倍）のズームレンズであることが求められている。さらに、固体撮像素子の高精細化に対応できる高い光学性能を有したズームレンズであることが要望されている。
これらの要求を満足するズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１〜第４レンズ群よりなる４群ズームレンズが知られている。この４群ズームレンズにおいて、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群を移動させて変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカシングを行う、所謂リアフォーカスタイプのズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。
撮像装置に使用されるズームレンズには、全系が小型で、広画角かつ高ズーム比であり、かつズーム全域において高い光学性能を有していることが要望されている。特に近年の撮像装置では、イメージサイズの増大に伴う高画素化に対応し、それに用いるズームレンズには高周波領域で、高い解像力を有することが求められている。例えば全系の小型化を実現しつつ、高ズーム比化を図るためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めるのが良い。しかしながら、単に各レンズ群の屈折力を強めると、ズーミングに伴う収差変動が大きくなり、全ズーム範囲にわたり良好な光学性能を得ることが難しくなってくる。
この他、高ズーム比化することにより広角端から望遠端までの全ズーム範囲において色収差や像面湾曲などが増大し、これらを全ズーム域で良好に補正するのが難しくなってくる。前述したリアフォーカスタイプの４群ズームレンズにおいて全系の小型化、広画角化及び高ズーム比化を図るには各レンズ群の屈折力そして第１、第２レンズ群のレンズ構成等を適切に配置するのが重要になってくる。これらの構成が不適切であると、所定のズーム比を確保しつつ全系の小型化を図るのが困難となり、またズーミングに伴う諸収差の変動が増大し高い光学性能を得るのが難しくなる。
本発明は、広画角、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い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、ズーミングに際して前記第２レンズ群および前記第４レンズ群が移動し、ズーミングのためには前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は不動であり、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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
１２．０＜ｆ１／ｆｗ＜２８．０
−０．２６５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２０
５．９＜ｆ４／ｆｗ＜１２．０
なる条件式を満足することを特徴としている。
１２．０＜ｆ１／ｆｗ＜２８．０
−０．２６５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２０
５．９＜ｆ４／ｆｗ＜１２．０
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明によれば、広画角、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い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。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、正の第４レンズ群を有する４群構成のズームレンズである。ズーミングに際して第２レンズ群および第４レンズ群が移動し、フォーカスに際しては第４レンズ群が移動する。ズーミングのためには第１レンズ群と第３レンズ群は不動である。第１レンズ群の物体側又は第４レンズ群の像側の少なくとも一方にコンバーターレンズ等の屈折力のあるレンズ群が配置される場合もある。
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、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。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、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。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、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。
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、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。図９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、ビデオカメラやデジタルカメラ、そして監視用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、左方が被写体側（物体側）（前方）で、右方が像側（後方）である。
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。実施例１乃至４の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。各実施例のレンズ断面図において、ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置している。
Ｇは光学フィルター、フェースプレート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）の撮像面に相当し、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際にはフィルム面に相当する。
収差図のうち球面収差において、ｄ、ｇはｄ線及びｇ線、非点収差においてΔＭ、ΔＳはｄ線のメリディオナル像面、サジタル像面を表している。歪曲収差においてはｄ線を表示し、倍率色収差においてはd線に対するｇ線の収差を表示している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。なお、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、広角端から望遠端のズーム位置へズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて変倍を行うとともに、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。
さらに、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のズーム位置へのズーミングの際の像面変動を補正するための移動軌跡である。また望遠端のズーム位置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、矢印Ｆに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。
なお、実施例１乃至４において第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３と開口絞りＳＰはズーミング及びフォーカスのためには不動であるが必要に応じて移動させても良い。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。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４とする。このとき、
１２．０＜ｆ１／ｆｗ＜２８．０ ・・・（１）
−０．２６５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２０ ・・・（２）
５．９＜ｆ４／ｆｗ＜１２．０ ・・・（３）
なる条件式を満足している。
１２．０＜ｆ１／ｆｗ＜２８．０ ・・・（１）
−０．２６５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２０ ・・・（２）
５．９＜ｆ４／ｆｗ＜１２．０ ・・・（３）
なる条件式を満足している。
条件式（１）乃至（３）は広画角・高ズーム比でありながらズーム全域において良好な光学性能を得るためのものである。条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１のパワー（屈折力）に関する。条件式（１）の上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなると、第１レンズ群Ｌ１の正の屈折力の負荷が軽くなり収差補正上は好ましいが、レンズ全長や前玉有効径が大型化してくる。また、条件式（１）の下限を超えると、望遠端において球面収差をはじめとする諸収差の補正が困難となる。
条件式（２）は変倍用のレンズ群である第２レンズ群のパワーに関する。条件式（２）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、所望のズーム比を得るために第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、レンズ全長及び前玉有効径が増大してくる。また、条件式（２）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、レンズ系全体の小型化には有利となるが諸収差の補正が困難となる。
条件式（３）は、ズーミングに際しての移動レンズ群である第４レンズ群Ｌ４のパワーに関する。条件式（３）の上限を超えると第４レンズ群Ｌ４のパワーが弱まり、ズーミングおよびフォーカス時の移動量が多くなり全系の小型化が難しくなる。また、下限を超えると第４レンズ群Ｌ４のパワーが強くなり過ぎてしまい諸収差の補正が困難となる。更に好ましくは条件式（１）乃至（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１３．０＜ｆ１／ｆｗ＜２６．０ ・・・（１ａ）
−０．２５５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２１ ・・・（２ａ）
６．１＜ｆ４／ｆｗ＜１１．０ ・・・（３ａ）
これにより各実施例においては、全系が小型で広画角・高ズーム比化としつつもズーム全域で諸収差が良好に補正された高い光学性能のズームレンズを得ている。
−０．２５５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２１ ・・・（２ａ）
６．１＜ｆ４／ｆｗ＜１１．０ ・・・（３ａ）
これにより各実施例においては、全系が小型で広画角・高ズーム比化としつつもズーム全域で諸収差が良好に補正された高い光学性能のズームレンズを得ている。
本発明の目的とするズームレンズは、以上のような構成を満足することにより実現されるが、高ズーム比を維持しつつも更に光学性能を良好に維持するためには、以下の条件のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。第２レンズ群Ｌ２に含まれる負レンズの材料のｄ線における平均屈折率をＮ２ａとする。第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。第１レンズ群Ｌ１に含まれる少なくとも１つの正レンズの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐとθｇＦｐとする。広角端から望遠端のズーミングにおける前記第２レンズ群Ｌ２の移動量をＭ２とする。
ここで移動量Ｍ２の符号は像面を基準とし、広角端に比べ望遠端において像側に位置するときを正、物体側に位置するときを負としている。尚、アッベ数νｄｐ、部分分散比θｇＦｐは次のとおりである。
ｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄ、
ｇ線（４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率をｎｇ、
Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率をｎＦ、
Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率をｎＣとする。
ｇ線（４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率をｎｇ、
Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率をｎＦ、
Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率をｎＣとする。
このときアッベ数νｄｐと部分分散比θｇＦｐは
νｄｐ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θｇＦｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義されるものである。
νｄｐ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θｇＦｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
で定義されるものである。
このとき、
１．８０＜Ｎ２ａ＜２．０５ ・・・（４）
９．０＜ｆ３／ｆｗ＜１７．０ ・・・（５）
７０＜νｄｐ ・・・（６）
０．００４＜θｇＦｐ−（０.６４４−０．００１６８・νdｐ）＜０．０６０…（７）
０．１５＜Ｍ２／ｆｔ＜０．２３ ・・・（８）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
１．８０＜Ｎ２ａ＜２．０５ ・・・（４）
９．０＜ｆ３／ｆｗ＜１７．０ ・・・（５）
７０＜νｄｐ ・・・（６）
０．００４＜θｇＦｐ−（０.６４４−０．００１６８・νdｐ）＜０．０６０…（７）
０．１５＜Ｍ２／ｆｔ＜０．２３ ・・・（８）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
条件式（４）は、第２レンズ群Ｌ２に含まれる負レンズの材料の屈折率に関する。条件式（４）の上限を超えると、第２レンズ群Ｌ２のパワーを強めるのが容易となり、ズーミングに際しての移動量が少なくなるため全系の小型化には有利となる。しかしながら材料の選択においてアッベ数が小さくなる傾向があるので色収差の補正が困難となる。また、条件式（４）の下限を超えると、各レンズのレンズ面の曲率を強くしなければならず、諸収差のバランスをとるのが困難になってくる。更に好ましくは、条件式（４）を次の如く設定するのが良い。
１．８６＜Ｎ２ａ＜１．９８ ・・・（４ａ）
条件式（５）は、第３レンズ群Ｌ３のパワーに関する。条件式（５）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３の正の屈折力の負荷が軽くなり収差補正は容易となるが、レンズ全長が増大する。このために第４レンズ群Ｌ４のパワーを大きくしなければならない。そうすると、ズーム全域における諸収差の変動を抑えることが困難になってくる。さらに第４レンズ群Ｌ４のレンズ径が大きくなり、全系の小型化が困難になる。更に第４レンズ群Ｌ４でフォーカスするときのアクチュエータの駆動負荷が大きくなってくる。
条件式（５）は、第３レンズ群Ｌ３のパワーに関する。条件式（５）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３の正の屈折力の負荷が軽くなり収差補正は容易となるが、レンズ全長が増大する。このために第４レンズ群Ｌ４のパワーを大きくしなければならない。そうすると、ズーム全域における諸収差の変動を抑えることが困難になってくる。さらに第４レンズ群Ｌ４のレンズ径が大きくなり、全系の小型化が困難になる。更に第４レンズ群Ｌ４でフォーカスするときのアクチュエータの駆動負荷が大きくなってくる。
また、条件式（５）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなると、第３レンズ群Ｌ３のパワーが強くなりすぎてしまい、諸収差、特に広角端における球面収差の補正が困難になる。さらに第４レンズ群Ｌ４の位置の変化に伴う射出瞳の位置の変動が大きくなってくる。更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１０．５＜ｆ３／ｆｗ＜１５．５ ・・・（５ａ）
条件式（６）、（７）は色収差（特に望遠領域における軸上色収差）を良好に補正するためのものである。条件式（６）、（７）を同時に満たすと、異常分散かつ低分散（もしくは超低分散）となる材料の特性を有効に利用することができて、色収差を良好に補正するのが容易となる。条件式（６）、（７）の条件式の範囲を外れてしまうと色収差の補正が不足し、像の色にじみが目立ってくるので好ましくない。
条件式（６）、（７）は色収差（特に望遠領域における軸上色収差）を良好に補正するためのものである。条件式（６）、（７）を同時に満たすと、異常分散かつ低分散（もしくは超低分散）となる材料の特性を有効に利用することができて、色収差を良好に補正するのが容易となる。条件式（６）、（７）の条件式の範囲を外れてしまうと色収差の補正が不足し、像の色にじみが目立ってくるので好ましくない。
更に好ましくは条件式（６）、（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
７５＜νｄｐ ・・・（６ａ）
０．０２０＜θｇＦｐ−（０.６４４−０．００１６８・νdｐ）＜０．０５５
・・・（７ａ）
条件式（８）は、望遠端における全系の焦点距離に対する第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量に関する。条件式（８）の上限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなってしまい全系の小型化が困難になる。条件式（８）の下限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が少なくなり全系の小型化には有利となるが第２レンズ群Ｌ２のパワーを大きくする必要があり、これに伴いペッツバール和が負の方向に大きくなって像面湾曲の補正が困難となる。
７５＜νｄｐ ・・・（６ａ）
０．０２０＜θｇＦｐ−（０.６４４−０．００１６８・νdｐ）＜０．０５５
・・・（７ａ）
条件式（８）は、望遠端における全系の焦点距離に対する第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量に関する。条件式（８）の上限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなってしまい全系の小型化が困難になる。条件式（８）の下限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が少なくなり全系の小型化には有利となるが第２レンズ群Ｌ２のパワーを大きくする必要があり、これに伴いペッツバール和が負の方向に大きくなって像面湾曲の補正が困難となる。
更に好ましくは条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．１６＜Ｍ２／ｆｔ＜０．２２ ・・・（８ａ）
各実施例において好ましくは次の構成のうち１以上をとるのが良い。第３レンズ群Ｌ３は非球面形状の正レンズを少なくとも１枚有するのが良い。これは、広角端において、球面収差と軸上色収差の補正を良好に行いつつ、広角端から望遠端までのズーム全域において像面湾曲を良好に補正するのに好ましい。第３レンズ群Ｌ３に非球面を設けると諸収差の補正が容易となる。仮に非球面を採用せず、レンズ枚数を増やして諸収差の補正を行うと、全系の小型化が困難になる。
０．１６＜Ｍ２／ｆｔ＜０．２２ ・・・（８ａ）
各実施例において好ましくは次の構成のうち１以上をとるのが良い。第３レンズ群Ｌ３は非球面形状の正レンズを少なくとも１枚有するのが良い。これは、広角端において、球面収差と軸上色収差の補正を良好に行いつつ、広角端から望遠端までのズーム全域において像面湾曲を良好に補正するのに好ましい。第３レンズ群Ｌ３に非球面を設けると諸収差の補正が容易となる。仮に非球面を採用せず、レンズ枚数を増やして諸収差の補正を行うと、全系の小型化が困難になる。
第４レンズ群Ｌ４はフォーカシング及び変倍に際しての像面変動の補正を行っている為、正レンズと負レンズを接合した接合レンズより構成するのが良い。第４レンズ群Ｌ４を正レンズと負レンズの貼り合わせレンズより構成すれば、広角端から望遠端へのズーミング、さらに近距離物体から無限遠物体へのフォーカシングに際しての色収差の補正を効率的に行うことが容易になる。
本発明のズームレンズを用いた撮像装置では、電気的な補正手段により歪曲収差を画像処理によって補正するのが良い。これは、銀塩フィルムを用いた撮像装置とは異なり本発明をデジタルカメラなどでの撮像装置に適用したときは、画像をデジタルデータとして取得できるという特性を利用し、ズームレンズから得られた画像に対して画像変換処理を施し諸収差を低減させるのが良い。
例えば、歪曲収差や色収差の補正を電気的な手段を用いれば、従来よりもさらに諸収差が良好に補正された画像を得ることができる。またこれによれば非球面や異常分散ガラス等を用いずに良好なる光学性能が得られる。本発明のズームレンズは、形成された像を受光する固体撮像素子を有した撮像装置に用いるのが良い。撮像装置には、デジタル的に像を処理するためにCCD（Charge Coupled Device）やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などがおもに使用されている。本発明もこれに相当する固体撮像素子を有した撮像装置に適用するのが良い。
次に各実施例のレンズ構成について説明する。以下、レンズ構成は特に断りがない限り、物体側から像側へ順に配置されている順に説明する。実施例１について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凸形状の正レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３より成っている。正レンズＧ１２は、色収差の補正に効果を持たせるためにアッベ数の大きい（異常分散特性を有する）材料を使用している。
第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２１、像側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４より成っている。第２レンズ群Ｌ２内の負レンズは、変倍レンズ群としての役割を担うことも考慮しなるべくズーミングに際しての移動量を少なくするために高屈折率の材料を使用している。これを踏まえつつさらに色収差の発生を抑えるためになるべく低分散の材料を用いている。
第３レンズ群Ｌ３は、開口絞りＳＰ、両凸形状の正レンズＧ３１、両凹形状の負レンズＧ３２、両凸形状の正レンズＧ３３より成っている。このとき正レンズＧ３１の両面、正レンズＧ３３の像側の面は非球面形状であり、これにより広角端における球面収差をはじめズーム全域における諸収差を効果的に補正している。また第３レンズ群Ｌ３からの発散光束径が大きくなると第４レンズ群Ｌ４が大型化するので第３レンズ群Ｌ３からは光束径が小さくなるように射出している。
第４レンズ群Ｌ４は、両凸形状の正レンズＧ４１と像側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ４２を接合した接合レンズより成っている。また接合レンズとすることによりズーム全域において軸上色収差および倍率色収差を良好に補正している。さらに正レンズＧ４１の物体側の面を非球面形状とすることにより、変倍の際に変動する像面補正およびフォーカスのために移動する第４レンズ群Ｌ４から発生する諸収差を補正している。特に非球面を用いることにより広角端から望遠端における全ズーム位置および無限遠物体から至近距離物体にフォーカスしたときの収差を、レンズ枚数を増やすことなく効率的に補正している。
実施例２について説明する。第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は実施例１と同じである。第３レンズ群Ｌ３は、実施例１に比べて正レンズＧ３１の両面のみが非球面形状であることが異なっており、この他は同じである。
実施例３について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、実施例１と同じである。第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、および両凸形状の正レンズＧ２３より成っている。第３レンズ群Ｌ３は、開口絞りＳＰおよび物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ３１により成っている。このとき正レンズＧ３１の両面は非球面形状である。第４レンズ群Ｌ４は、実施例１と同じである。
実施例４について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、実施例１と同じである。第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、両凸形状の正レンズＧ２３と両凹形状の負レンズＧ２４を接合した接合レンズにより成っている。
第３レンズ群Ｌ３は、開口絞りＳＰ、および物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ３１により成っている。このとき正レンズＧ３１の両面は非球面形状である。第４レンズ群Ｌ４は、実施例１と同じである。なお、実施例１乃至４において、正レンズＧ１２には、商品名Ｓ−ＦＰＬ５１（（株）ＯＨＡＲＡ製）やＳ−ＦＰＬ５３（（株）ＯＨＡＲＡ製）の異常分散ガラスを用いているが、これに限定されるものではない。
以上のように、各実施例によれば広画角かつ高ズーム比で、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。なお各実施例においては以下のような構成をとっても良い。
・各実施例に示したガラスの形状、枚数に限定されるものではなく、適宜変更すること
・開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３の物体側に設定しているが、これに限らず別の位置に設定しても良い。例えば開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３のレンズ中や像側に配置しても良い。また開口絞りＳＰをズーミングに際して他のレンズ群と独立に移動させても良い
・非球面レンズの材料はガラスに限らず、球面レンズ面上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を乗せた）ハイブリッドタイプの非球面レンズや、プラスチック材料より成る非球面レンズを用いても良い
・一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等のズームレンズが振動したときの画像のブレを補正しても良い。
・開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３の物体側に設定しているが、これに限らず別の位置に設定しても良い。例えば開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３のレンズ中や像側に配置しても良い。また開口絞りＳＰをズーミングに際して他のレンズ群と独立に移動させても良い
・非球面レンズの材料はガラスに限らず、球面レンズ面上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を乗せた）ハイブリッドタイプの非球面レンズや、プラスチック材料より成る非球面レンズを用いても良い
・一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等のズームレンズが振動したときの画像のブレを補正しても良い。
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は物体側からの面の順番を示す。ｒｉは物体側から第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側から第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の面間隔、ｎｉは第ｉ番目のレンズの材料のｄ線における屈折率、νｉは第ｉ番目のレンズのｄ線におけるアッベ数を示すものとする。
また、各数値実施例において最も像側の２面は光学ブロックＧに相当する平面である。また、ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０を４次、６次、８次、１０次の非球面係数とし、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］３＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０
で表示される。但し、Ｒは曲率半径であり、「ｅ−Ｘ」は「×１０−Ｘ」を意味している。尚、非球面は各表中の面番号の右側に＊印を付している。
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］３＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０
で表示される。但し、Ｒは曲率半径であり、「ｅ−Ｘ」は「×１０−Ｘ」を意味している。尚、非球面は各表中の面番号の右側に＊印を付している。
レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスBF（最終レンズ面から像面までの空気換算距離）を加えた値と定義する。長さの単位はｍｍである。各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］
面番号 r d nd νd
1 42.996 1.3 1.90366 31.3
2 25.978 7 1.43875 95
3 -203.074 0.15
4 24.225 3.79 1.62041 60.3
5 78.072 (可変)
6 16.019 0.5 2.00069 25.5
7 3.823ｓ 1.84
8 -6.964 0.5 1.883 40.8
9 -40.933 0.24
10 -28.706 0.5 1.883 40.8
11 11.517 0.15
12 10.783 1.38 1.92286 18.9
13 -14.24 (可変)
14(絞り) ∞ 0.15
15* 22.124 2.35 1.58313 59.4
16* -9.529 1.7
17 -8.126 0.72 1.883 40.8
18 16.415 0.2
19 12.62 2.77 1.59282 68.6
20* -8.732 (可変)
21* 70.727 2.5 1.6935 53.2
22 -5.765 0.5 1.911 35.3
23 -10.898 (可変)
24 ∞ 2.1 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.03304e+000 A4= 2.09274e-004 A6=-4.89471e-006 A8=-3.89412e-008
第16面
K = 1.20423e+000 A4= 7.45080e-004 A6=-4.91526e-006
第20面
K = 1.99770e-001 A4=-4.49548e-005 A6= 4.02768e-006 A8= 1.12141e-007
第21面
K =-1.37839e+002 A4=-2.75620e-005 A6= 2.85249e-006 A8=-4.51252e-008
各種データ
ズーム比 90.31
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 20.14 162.51
Fナンバー 2.09 2.78 5.88
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 82.40 82.40 82.40
BF 10.18 16.40 4.61
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.68 27.48 34.18
d13 35.23 8.43 1.73
d20 7.37 1.15 12.94
d23 8.27 14.49 2.70
［数値実施例２］
面番号 r d nd νd
1 45.294 1 1.90366 31.3
2 23.531 6.44 1.497 81.5
3 -174.893 0.15
4 21.844 3.6 1.6516 58.5
5 77.366 (可変)
6 18.186 0.5 2.00069 25.5
7 4.21 1.6
8 -9.854 0.5 1.883 40.8
9 -74.871 0.32
10 -19.629 0.5 1.72916 54.7
11 6.637 0.25
12 7.742 1.3 1.92286 18.9
13 -36.129 (可変)
14(絞り) ∞ 0.15
15* 18.809 2.35 1.58313 59.4
16* -9.289 1.32
17 -7.186 0.55 1.883 40.8
18 23.921 0.2
19 18.395 2.13 1.59282 68.6
20 -8.279 (可変)
21* 40.296 2.5 1.6935 53.2
22 -5.591 0.5 1.91082 35.3
23 -10.743 (可変)
24 ∞ 2.1 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.03304e+000 A4= 2.99962e-004 A6=-4.03075e-006 A8=-7.03057e-008
第16面
K = 1.20423e+000 A4= 7.11903e-004 A6=-3.72590e-006
第21面
K = 6.45610e+000 A4= 4.48579e-006 A6= 5.90600e-007
各種データ
ズーム比 80.67
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 19.73 145.27
Fナンバー 2.03 2.75 5.92
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 75.03 75.03 75.03
BF 10.52 15.97 4.63
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.67 23.07 28.67
d13 30.66 8.26 2.66
d20 6.60 1.15 12.50
d23 8.14 13.59 2.24
面番号 r d nd νd
1 45.294 1 1.90366 31.3
2 23.531 6.44 1.497 81.5
3 -174.893 0.15
4 21.844 3.6 1.6516 58.5
5 77.366 (可変)
6 18.186 0.5 2.00069 25.5
7 4.21 1.6
8 -9.854 0.5 1.883 40.8
9 -74.871 0.32
10 -19.629 0.5 1.72916 54.7
11 6.637 0.25
12 7.742 1.3 1.92286 18.9
13 -36.129 (可変)
14(絞り) ∞ 0.15
15* 18.809 2.35 1.58313 59.4
16* -9.289 1.32
17 -7.186 0.55 1.883 40.8
18 23.921 0.2
19 18.395 2.13 1.59282 68.6
20 -8.279 (可変)
21* 40.296 2.5 1.6935 53.2
22 -5.591 0.5 1.91082 35.3
23 -10.743 (可変)
24 ∞ 2.1 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.03304e+000 A4= 2.99962e-004 A6=-4.03075e-006 A8=-7.03057e-008
第16面
K = 1.20423e+000 A4= 7.11903e-004 A6=-3.72590e-006
第21面
K = 6.45610e+000 A4= 4.48579e-006 A6= 5.90600e-007
各種データ
ズーム比 80.67
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 19.73 145.27
Fナンバー 2.03 2.75 5.92
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 75.03 75.03 75.03
BF 10.52 15.97 4.63
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.67 23.07 28.67
d13 30.66 8.26 2.66
d20 6.60 1.15 12.50
d23 8.14 13.59 2.24
［数値実施例３］
面番号 r d nd νd
1 44.768 1 1.90366 31.3
2 20.045 5.8 1.497 81.5
3 -79.494 0.15
4 17.736 3.3 1.6779 55.3
5 59.986 (可変)
6 17.882 0.5 2.0033 28.3
7 3.082 1.68
8 -6.362 0.5 1.883 40.8
9 16.855 0.16
10 10.088 1.24 1.94595 18
11 -16.5 (可変)
13(絞り) ∞ 0.15
14* 6.924 2.66 1.5311 55.9
15* 12.073 (可変)
16 14.596 2.45 1.72916 54.7
17 -6.092 0.5 1.92286 20.9
18 -12.449 (可変)
19 ∞ 2.1 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第14面
K = 3.09113e-001 A4= 8.88978e-004 A6= 6.16388e-006 A8=-1.15738e-006
A10= 6.22370e-008 A12= 9.63845e-022
第15面
K = 7.63417e+000 A4= 1.55486e-003 A6= 2.54276e-006 A8= 4.90548e-007
A10=-4.53517e-008
各種データ
ズーム比 64.99
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 21.32 116.99
Fナンバー 1.93 2.57 5.97
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 63.76 63.76 63.76
BF 9.79 15.12 4.81
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.65 18.41 22.85
d11 24.13 6.37 1.93
d15 8.39 3.05 13.36
d18 6.11 11.45 1.14
面番号 r d nd νd
1 44.768 1 1.90366 31.3
2 20.045 5.8 1.497 81.5
3 -79.494 0.15
4 17.736 3.3 1.6779 55.3
5 59.986 (可変)
6 17.882 0.5 2.0033 28.3
7 3.082 1.68
8 -6.362 0.5 1.883 40.8
9 16.855 0.16
10 10.088 1.24 1.94595 18
11 -16.5 (可変)
13(絞り) ∞ 0.15
14* 6.924 2.66 1.5311 55.9
15* 12.073 (可変)
16 14.596 2.45 1.72916 54.7
17 -6.092 0.5 1.92286 20.9
18 -12.449 (可変)
19 ∞ 2.1 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第14面
K = 3.09113e-001 A4= 8.88978e-004 A6= 6.16388e-006 A8=-1.15738e-006
A10= 6.22370e-008 A12= 9.63845e-022
第15面
K = 7.63417e+000 A4= 1.55486e-003 A6= 2.54276e-006 A8= 4.90548e-007
A10=-4.53517e-008
各種データ
ズーム比 64.99
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 21.32 116.99
Fナンバー 1.93 2.57 5.97
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 63.76 63.76 63.76
BF 9.79 15.12 4.81
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.65 18.41 22.85
d11 24.13 6.37 1.93
d15 8.39 3.05 13.36
d18 6.11 11.45 1.14
［数値実施例４］
面番号 r d nd νd
1 44.181 1 2.0033 28.3
2 17.248 4.44 1.497 81.5
3 -132.579 0.15
4 19.107 3.4 1.83481 42.7
5 243.367 (可変)
6 36.854 0.5 2.0033 28.3
7 3.577 1.96
8 -10.894 0.5 2.0033 28.3
9 45.665 0.1
10 8.141 1.8 1.94595 18
11 -10.321 0.5 1.883 40.8
12 18.318 (可変)
13(絞り) ∞ 0.15
14* 9.562 1.36 1.58313 59.4
15* 43.182 (可変)
16* 16.444 2.44 1.58313 59.4
17 -5.903 0.5 1.94595 18
18 -8.738 (可変)
19 ∞ 1.89 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第14面
K = 2.16118e-001 A4= 4.69607e-004 A6= 4.90912e-005 A8= 1.73150e-007
A10= 2.61798e-008
第15面
K = 6.98905e+000 A4= 8.78320e-004 A6= 4.01259e-005 A8= 2.65510e-006
A10=-3.49292e-008
第16面
K = 5.05978e-001 A4=-2.42671e-004 A6=-1.55001e-007 A8= 1.08712e-007
A10=-3.39122e-009
各種データ
ズーム比 59.25
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 20.45 106.86
Fナンバー 2.06 2.57 6.09
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 61.13 61.13 61.13
BF 9.87 15.83 5.47
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.39 16.38 20.38
d12 21.83 5.84 1.84
d15 9.59 3.63 13.99
d18 6.45 12.42 2.05
面番号 r d nd νd
1 44.181 1 2.0033 28.3
2 17.248 4.44 1.497 81.5
3 -132.579 0.15
4 19.107 3.4 1.83481 42.7
5 243.367 (可変)
6 36.854 0.5 2.0033 28.3
7 3.577 1.96
8 -10.894 0.5 2.0033 28.3
9 45.665 0.1
10 8.141 1.8 1.94595 18
11 -10.321 0.5 1.883 40.8
12 18.318 (可変)
13(絞り) ∞ 0.15
14* 9.562 1.36 1.58313 59.4
15* 43.182 (可変)
16* 16.444 2.44 1.58313 59.4
17 -5.903 0.5 1.94595 18
18 -8.738 (可変)
19 ∞ 1.89 1.51633 64.2
像面 ∞
非球面データ
第14面
K = 2.16118e-001 A4= 4.69607e-004 A6= 4.90912e-005 A8= 1.73150e-007
A10= 2.61798e-008
第15面
K = 6.98905e+000 A4= 8.78320e-004 A6= 4.01259e-005 A8= 2.65510e-006
A10=-3.49292e-008
第16面
K = 5.05978e-001 A4=-2.42671e-004 A6=-1.55001e-007 A8= 1.08712e-007
A10=-3.39122e-009
各種データ
ズーム比 59.25
広角 中間 望遠
焦点距離 1.80 20.45 106.86
Fナンバー 2.06 2.57 6.09
像高 1.15 1.15 1.15
レンズ全長 61.13 61.13 61.13
BF 9.87 15.83 5.47
間隔 広角 中間 望遠
d 5 0.39 16.38 20.38
d12 21.83 5.84 1.84
d15 9.59 3.63 13.99
d18 6.45 12.42 2.05
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（光学機器）の実施例を図９を用いて説明する。図９において、１０はビデオカメラ本体、１１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。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１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。１３は固体撮像素子１２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記録手段である。１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダである。
上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２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ビデオ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。
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 絞り ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック ω 半画角 Ｆ Ｆナンバー
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 絞り ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック ω 半画角 Ｆ Ｆナンバー
Claims (9)
- 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前記第２レンズ群および前記第４レンズ群が移動し、ズーミングのためには前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は不動であり、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、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
１２．０＜ｆ１／ｆｗ＜２８．０
−０．２６５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．２０
５．９＜ｆ４／ｆｗ＜１２．０
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２レンズ群に含まれる負レンズの材料のｄ線における平均屈折率をＮ２ａとするとき、
１．８０＜Ｎ２ａ＜２．０５
なる条件式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。 - 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
９．０＜ｆ３／ｆｗ＜１７．０
なる条件式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。 - 前記第１レンズ群に含まれる少なくとも１つの正レンズの材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐとθｇＦｐとするとき、
７０＜νｄｐ
０．００４＜θｇＦｐ−（０.６４４−０．００１６８・νｄｐ）＜０．０６０
なる条件式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。 - 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第２レンズ群の移動量をＭ２するとき、０．１５＜Ｍ２／ｆｔ＜０．２３
なる条件式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項に記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群は非球面形状の正レンズを有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。
- 前記第４レンズ群は正レンズと負レンズを接合した接合レンズより構成されてい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。
- 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。
- 前記ズームレンズで生ずる歪曲収差を画像処理によって補正する補正手段を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
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