JP5871630B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、特にビデオカメラ、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影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られる固体撮像素子は高精細化され、また撮像装置全体は小型化されている。これらの撮像装置に用いる撮影光学系には、固体撮像素子の高精細化に対応できる程度の高い光学性能を有した小型のズームレンズであることが要望されている。

例えば近年、監視市場の急速な拡大に伴い、監視カメラ用の撮影レンズでは、広域な撮影範囲を1台のカメラで監視できるような超広画角で、夜間においても鮮明な撮影が得られる明るい（ＦナンバーFNOが小さい）撮影レンズであることが要望されている。さらには、屋内および屋外で場所を選ばず設置しやすくするために、全系が小型化であることが要望されている。

さらに、近年の撮像装置には高画質化の観点において、ＳＤ（Standard Definition）画質から、メガピクセル、フルＨＤ（High Definition）画質への移行が加速している。このため、これら高精細な撮像素子に対応可能な、高い光学性能を有するズームレンズであることが要望されている。これらの要望を満足するズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型のズームレンズが知られている。

ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２つのレンズ群より成り、双方のレンズ間隔を変えてズーミングを行う、２群ズームレンズが知られている（特許文献１）。この他、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より成り、ズーミングに際して第１、第３レンズ群が移動する３群ズームレンズが知られている（特許文献２）。

特開２００５−１３４８８７号公報 特開平９−２１１３２６号公報

近年、前述したネガティブリード型の２群ズームレンズや３群ズームレンズにおいては広画角で明るいＦナンバーを有しつつ、高い光学性能を有することが要望されている。そのようなズームレンズを得るには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力や各レンズ群のレンズ構成、そしてズーミングに際しての移動レンズ群の移動量等を適切に設定することが重要になってくる。

例えば第１レンズ群と最終レンズ群の屈折力やこれらのレンズ群を構成する各レンズの材料等を適切に設定することが重要である。これらの構成が不適切であると、広画角で明るいＦナンバーを有しつつ高い光学性能のズームレンズを得るのが大変困難になってくる。

特許文献１の２群ズームレンズは小型で大口径比のズームレンズを得ることを目的としている。特許文献１のズームレンズは、ズーミングに伴う各レンズ群の移動量が多く、レンズ系全長が伸びて全系が大型化する傾向がある。特許文献２の３群ズームレンズは、ズーミングに際して第２レンズ群を固定として簡単な鏡枠構成とし、ビデオカメラに適した広画角のズームレンズを開示している。特許文献２のズームレンズは最大画角が２ω＝６６°程度で開放ＦナンバーＦｎｏが２．８程度であり、撮影画角と明るさが必ずしも十分でない。

本発明は、広画角で明るく、しかもレンズ系全体がコンパクトで、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明のズームレンズは、最も物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群、最も像側に配置された正の屈折力の最終レンズ群を有し、ズーミングに際して前記第１レンズ群および前記最終レンズ群が互いに異なる軌跡で移動し、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ズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、正レンズと負レンズを含み、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、前記第１レンズ群と前記最終レンズ群の焦点距離を各々ｆ１、ｆｒ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの材料の中でアッベ数が最も大きい材料のアッベ数をν１ｎ_ｍａｘ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料の中でアッベ数が最も小さい材料のアッベ数をν１ｐ_ｍｉｎ、前記最終レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄｒｐとするとき、
−１．７＜ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．１
−２．５＜ｆｒ／ｆ１＜−１．４
３．８＜ｆｒ／ｆｗ＜５．５
３８＜｜ν１ｎ_ｍａｘ−ν１ｐ_ｍｉｎ｜＜７３
６７．８≦νｄｒｐ
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、広画角で明るく、しかもレンズ系全体がコンパクトで、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。

実施例１の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例２の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例３の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例４の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 本発明のビデオカメラでの実施例 本発明のデジタルスチルカメラでの実施例 本発明の監視カメラでの実施例

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置を図面に基づいて説明する。本発明のズームレンズは、最も物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群、最も像側に配置された正の屈折力の最終レンズ群を有し、ズーミングに際して第１レンズ群および最終レンズ群が互いに異なった軌跡で移動し、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。

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）は本発明の実施例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２．９０、開口比１．２４〜２．２３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）は本発明の実施例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２．９０、開口比１．２３〜２．１８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）は本発明の実施例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２．９０、開口比１．２５〜２．０４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）は本発明の実施例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２．９０、開口比１．０６〜１．８４のズームレンズである。図９、図１０、図１１は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視用カメラ等の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撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、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光学機器に用いても良く、このときは、左方がスクリーン、右方が被投影画像となる。

レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第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。

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）の撮像面が置かれる。

矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。第１レンズ群Ｌ１に関する矢印１ａは無限遠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際しての移動軌跡を示す。また矢印１ｂは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際しての移動軌跡を示す。矢印Ｆは無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際しての移動方向を示している。

収差図のうち、球面収差図においては、実線のｄはｄ線、点線のｇはｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、点線（ΔＭ）はメリディオナル像面、実線（ΔＳ）は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。ωは半画角である。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。

図１、図３の実施例１、２は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２より構成される２群構成のズームレンズである。ズーミングに際してはすべてのレンズ群が矢印の方向に移動する。第２レンズ群Ｌ２は最終レンズ群Ｌｒに相当している。

図５、図７の実施例３、４は物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３より構成される３群構成のズームレンズである。ズーミングに際しては第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３が矢印の方向に移動する。第３レンズ群Ｌ３は最終レンズ群Ｌｒに相当している。

各実施例のズームレンズは、ネガティブリード（負群先行）型の２群ズームレンズ又は３群ズームレンズである。広画角化のために第１レンズ群を負のパワー（光学的パワー）としつつ、各レンズ群の間隔を変化させることにより変倍を行うために好適なレンズ構成としている。

ズーミングに関しては、２つのレンズ群を移動させている。広角端から望遠端へズーミングする際、第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ、変倍用の最終レンズ群Ｌｒは像側から物体側へ移動させている。変倍においては、像側に位置する最終レンズ群を移動させることにより行い、それに伴う像面変動を最も物体側の第１レンズ群のみで補正している。可動レンズ群を２つのみとすることにより、鏡筒構造の簡略化を図りつつ、全系の小型化を図っている。

各実施例において、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、第１レンズ群と最終レンズ群の焦点距離を各々ｆ１、ｆｒとする。第１レンズ群に含まれる負レンズの材料の中でアッベ数が最も大きい材料のアッベ数をν１ｎ_ｍａｘ、第１レンズ群に含まれる正レンズの材料の中でアッベ数が最も小さい材料のアッベ数をν１ｐ_ｍｉｎとする。このとき、
−１．７＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−１．１ ・・・（１）
−２．５＜ｆｒ／ｆ１＜−１．４ ・・・（２）
３．８＜ｆｒ／ｆｗ＜５．５ ・・・（３）
３８＜｜ν１ｎ_ｍａｘ−ν１ｐ_ｍｉｎ｜＜７３ ・・・（４）
なる条件式を満足している。

次に条件式（１）乃至（４）の技術的意味について説明する。条件式（１）〜（４）は、小型でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能であり、広画角で明るいズームレンズを得るためのものである。条件式（１）は、広角端と望遠端における全系の焦点距離に対する第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の関係を設定したものである。第１レンズ群Ｌ１は、広画角化のためにネガティブリードとして比較的強い負のパワーを有する必要がある。更に変倍に伴う像面変動の補正レンズ群（コンペンセーター）としても所定のパワーを有するように設定する必要がある。

条件式（１）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１のパワーが大きくなり過ぎると、レンズ系全体として像面湾曲や色収差をバランス良く補正するのが困難になる。また条件式（１）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１のパワーが小さくなり過ぎると、変倍に伴う像面変動の補正のための移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなり、また前玉有効径が大型化してくる。

条件式（２）は、変倍を担う正の屈折力の最終レンズ群Ｌｒと変倍に伴う像面変動の補正を担う第１レンズ群Ｌ１の関係を適切に設定したものである。全系の小型化を図るためには、変倍のための可動レンズ群の移動量を減らすことが有効である。そのためには、変倍により移動する２つのレンズ群のパワーの関係を適切に設定する必要がある。

条件式の（２）の上限を超えると、変倍のための最終レンズ群Ｌｒのパワーが強くなるとともに変倍に伴う像面変動の補正のための第１レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなる。最終レンズ群Ｌｒのパワーを強めると、変倍に伴う収差変動が多くなってくる。また第１レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなりすぎて、ズーミングに際しての移動量が大きくなり、全系の小型化が困難になる。

また条件式（２）の下限を超えると、変倍のための最終レンズ群Ｌｒのパワーが弱くなるとともに第１レンズ群のパワーが強くなる。最終レンズ群Ｌｒのパワーを弱めすぎるとズーミングに際しての移動量が大きくなり、全系の小型化が困難になる。また第１レンズ群Ｌ１のパワーが強くなりすぎて、変倍に伴う収差変動が大きくなってくる。

条件式（３）は、変倍を担う正の屈折力の最終レンズ群Ｌｒのパワーと広角端における全系の焦点距離の関係を適切に設定したものである。条件式（３）の上限を超えて、最終レンズ群Ｌｒのパワーが小さくなりすぎると、変倍に伴う移動量が大きくなり、全系の小型化が困難になる。条件式（３）の下限を超えて、最終レンズ群のパワーが大きくなり過ぎると、広角端において像面湾曲や色収差が増大し、これらを補正するのが困難になる。さらには、全系のＦナンバーを小さく（明るく）したとき、球面収差の補正が困難になる。

条件式（４）は、第１レンズ群において発生する色収差を良好に補正するためのものである。条件式（４）の上限を超えると、広角端において倍率色収差が補正過剰となり、ズーム領域において色収差をバランス良く補正するのが困難になる。また条件式（４）の下限を超えると、広角端において倍率色収差などの色収差が補正不足となる。さらに、全系を大口径に（明るく）したときの、波長による球面収差量のバラツキが大きくなってくるので良くない。更に好ましくは、条件式（１）乃至（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

−１．６＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−１．２ ・・・（１ａ）
−２．３＜ｆｒ／ｆ１＜−１．５ ・・・（２ａ）
４．０＜ｆｒ／ｆｗ＜５．２ ・・・（３ａ）
４０＜｜ν１ｎ_ｍａｘ−ν１ｐ_ｍｉｎ｜＜６８ ・・・（４ａ）
以上のような構成をとることにより、各実施例においては、全系が小型でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能であり、広画角で明るいズームレンズが得られる。

各実施例において、更に全系の小型化を図りつつ、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１レンズ群Ｌ１中で最も物体側に配置された負レンズの焦点距離をｆＧ１とする。最終レンズ群Ｌｒに含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄｒｐとする。広角端から望遠端へのズーミングに際しての第１レンズ群Ｌ１の移動量の絶対値をＭ１とする。ここで、移動量とは広角端から望遠端へのズーミングにおけるレンズ群の最も物体側の位置と最も像側の位置の差であり、移動の方向に関わらず正の符号で表すものとする。

広角端から望遠端へのズーミングに際しての最終レンズ群Ｌｒの絶対移動量をＭｒとする。第１レンズ群Ｌ１の最も物体側のレンズ面から第１レンズ群Ｌ１の最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをｄ１Ｇ、最終レンズ群Ｌｒの最も物体側のレンズ面から最終レンズ群Ｌｒの最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをｄｒＧとする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

−４．７＜ｆＧ１／ｆｗ＜−２．７ ・・・（５）
６７．８≦νｄｒｐ ・・・（６）
１．８＜Ｍ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜４．７ ・・・（７）
１．４＜Ｍｒ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．５ ・・・（８）
２．０＜ｄ１Ｇ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．２ ・・・（９）
２．５＜ｄｒＧ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．７ ・・・（１０）
次に各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（５）は、最も物体側に位置する負レンズＧ１１のパワーを適切に設定するものである。この負レンズＧ１１ンズのパワーを強くすることにより広画角化のために光束を広く取り込み、さらにレンズ径の縮小を容易にしている。条件式（５）の上限を超えると、負レンズＧ１１のパワーが強くなりすぎてしまい、軸外収差の補正が困難になる。また条件式（５）の下限を超えると、負レンズＧ１１のパワーが弱くなりすぎてしまい、レンズ有効径が大型化してくる。更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。

−４．３＜ｆＧ１／ｆｗ＜−３．１ ・・・（５ａ）
条件式（６）は最も像側の最終レンズ群Ｌｒ内の正レンズの材料の平均アッベ数に関し、主に色収差の補正を容易にするための硝材選択の条件である。全系の小型化のために各レンズ群のパワーを強めた際、広角端において倍率色収差、望遠端において軸上色収差が増加する。条件式（６）はこれらの収差を補正するためのものである。条件式（６）の下限を超えると、色収差が補正不足となり高精細な撮像素子を用いることに対応できなくなってくる。

条件式（７）は広角端と望遠端における全系の焦点距離に対する第１レンズ群Ｌ１の広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動量を適切に設定したものである。条件式（７）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなると、レンズ全長が大きくなり、全系の小型化が困難になる。また条件式（７）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の移動量が不足すると、第１レンズ群Ｌ１のパワーを強くする必要が生じ、諸収差が増加してくるので良くない。更に好ましくは、条件式（７）を、以下の如く設定するのが良い。

１．９＜Ｍ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜４．４ ・・・（７ａ）
条件式（８）は、広角端と望遠端の焦点距離に対する変倍用の最終レンズ群Ｌｒのズーミングに際して移動量を適切に設定したものである。条件式（８）の上限を超えて、最終レンズ群Ｌｒの移動量が大きくなると、レンズ全長が増大し、全系の小型化が困難になる。また条件式（８）の下限を超えて、最終レンズ群Ｌｒの移動量が不足すると、所定のズーム比を確保するために最終レンズ群Ｌｒのパワーを強くする必要が生じ諸収差が増加してくるので良くない。更に好ましくは、条件式（８）を以下の如く設定するのが良い。

１．６＜Ｍｒ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．２ ・・・（８ａ）
条件式（９）は、第１レンズ群Ｌ１の長さ（レンズ構成長）を適切に設定したものである。条件式（９）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の長さが大きくなりすぎると、全系の小型化が困難になる。また条件式（９）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の長さが小さくなりすぎると、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズ枚数を減らす必要が生じる。そうすると第１レンズ群Ｌ１中の各レンズのパワーを強くしなければならず、諸収差の補正が困難になる。

条件式（１０）に関しては、最も像側の最終レンズ群Ｌｒの長さを適切に設定したものである。条件式（１０）の上限を超えて、最終レンズ群Ｌｒの長さが大きくなりすぎると、最終レンズ群は変倍レンズ群として可動でもあるのでレンズ系の小型化が困難になる。また条件式（１０）の下限を超えて、最終レンズ群Ｌｒの長さが小さくなりすぎると、最終レンズ群Ｌｒを構成するレンズ枚数を減らす必要が生じる。そうすると最終レンズ群Ｌｒ中の各レンズのパワーを強くしなければならず、諸収差の補正が困難になる。更に好ましくは、条件式（９）、（１０）を以下の如く設定するのが良い。

２．２＜ｄ１Ｇ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．０ ・・・（９ａ）
２．６＜ｄｒＧ／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．３ ・・・（１０ａ）
以上のように各実施例によれば全系が小型でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能で、広画角で明るいズームレンズが得られる。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。図１、図３の実施例１、２では物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２から構成されている。開口絞りＳＰは第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に配置され、ズーミングに際して不動である。無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際しては第１レンズ群Ｌ１を物体側へ移動させて行う。第２レンズ群Ｌ２が最終レンズ群に相当する。実施例１、２では簡略なレンズ構成とすることにより鏡筒の部品点数を減らし、撮像装置としての小型化を図っている。

開口絞りＳＰを、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２（最終レンズ群）の間に設置することにより、画面周辺光量のケラレを少なくし、Ｆナンバーの制御をしやすくしている。また、開口絞ＳＰを第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の中間付近に置くことにより、ズーミング用の移動レンズ群の干渉を避け、固定としている。

図１、図３のレンズ断面図において、第１レンズ群Ｌ１は次の構成で成っている。物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状もしくは像側の面が凸形状の負レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１３、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１４により成っている。負レンズＧ１３と正レンズＧ１４は貼り合わせた接合レンズより成っており、双方の材料のアッベ数差の大きい材料を選択することにより色収差を良好に補正している。負レンズＧ１１は、屈折率が２．０を超える材料を使用して全系の小型化を図っている。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、物体側の面が凸形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により構成している。このとき正レンズＧ２１の両面は非球面形状であり、これによって球面収差など諸収差を良好に補正している。正レンズＧ２２および正レンズＧ２４には低分散傾向の（アッベ数の大きい）材料を使用しており、これにより色収差を良好に補正している。

図５、図７の実施例３、４では物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から構成されている。開口絞りＳＰは第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に配置されている。尚、開口絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置しても良い。即ち開口絞りＳＰは第１レンズ群Ｌ１と最終レンズ群との間に配置すれば良い。ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２、および開口絞りＳＰは不動である。フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｌ１もしくは第２レンズ群Ｌ２を移動させて行っている。

全系の小型化を図るため、ズーミングに際しての可動レンズ群を２つとしている。可動レンズ群を増やさないことで、可動レンズ群を移動するためのモータ等の部品のスペースを抑えている。ズーミングに際しての不動の第２レンズ群Ｌ２はズーミングに際しての収差変動を補正する効果を持たせている。

開口絞りＳＰを、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に設置することにより、画面周辺光量のケラレを少なくし、Ｆナンバーの制御をしやすくしている。また、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の中間付近に置くことにより、ズーミング用の移動レンズ群の干渉を避け、固定としている。実施例３、４において、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆｍとする。このとき、
５．２＜｜ｆｍ／ｆ１｜＜７．５ ・・・（１１）
なる条件式を満足するのが良い。

条件式（１１）は本発明のズームレンズが３つのレンズ群よりなるときの第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を適切に設定したものである。条件式（１１）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２のパワーが弱くなりすぎると、収差補正の効果が小さくなってきてしまう。また条件式（１１）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２のパワーが強くなりすぎると、ズーミングに際して収差変動が大きくなってくる。更に好ましくは、条件式（１１）を、以下の如く設定するのが良い。

５．６＜｜ｆｍ／ｆ１｜＜７．２ ・・・（１１ａ）
図５、図７のレンズ断面図において、第１レンズ群Ｌ１のレンズ構成は、次のとおりである。

物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズもしくは両凹形状の負レンズＧ１３、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１４により成っている。負レンズＧ１３と正レンズＧ１４は貼り合わせた接合レンズよりなっている。各レンズの硝材の使用方法とその効果に関しては、実施例１，２と同様である。第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状、もしくは物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２１と物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２２を貼り合わせた接合レンズより成っている。

ズーミングに際し第２レンズ群Ｌ２は固定としているが、フォーカシングのために移動させても良い。これによれば、第１レンズ群Ｌ１に対してレンズ径が小さく、かつ構成レンズ枚数が少ないため迅速なフォーカス制御が容易になる。加えて、光軸に対して垂直方向に移動できる鏡筒構造とすることが容易となり、防振制御や片ボケ調整を行うレンズ群として使用するのが容易となる。第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１、両凸形状の正レンズＧ３２、物体側の面が凸形状の負レンズＧ３３、両凸形状の正レンズＧ３４により成っている。各レンズの硝材の使用方法とその効果に関しては、実施例１，２の第２レンズ群Ｌ２と同様である。

実施例１乃至４においては、第２レンズ群に非球面を使用しているが、適宜他のレンズ群においても非球面を使用する構成としても良い。例えば、最も物体側の負Ｇ１１に非球面を使用することにより、光束が広がる位置であることから歪曲収差や非点収差などの軸外収差をより補正しやすくなる効果がある。

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られている。近年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。

本発明のズームレンズもこれに相当する固体撮像素子を有した撮像装置に用いられている。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（撮像装置）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乃至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メモリである。 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。

次に本発明の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（撮像装置）の実施例を図１０を用いて説明する。図１０において、２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至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。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いた監視カメラ（撮像装置）の実施例を図１１を用いて説明する。図１１において、３０は監視カメラ本体、３１は実施例１乃至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。３２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系３１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。３３は固体撮像素子３２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。３４は固体撮像素子３２によって光電変換された被写体像を転送するためのネットワークケーブルである。

以上のように、各実施例によれば広画角でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能であり、小型のズームレンズ及びそれを有する撮像装置を得ることができる。これら実施例は、最大画角が２ω＝１３０°以上、広角端のＦｎｏが１．２程度をカバーし、メガピクセルやフルＨＤの高画素撮像素子に対応可能な小型のズームレンズおよびそれを有する撮像装置である。

なお各実施例においては以下のような手段をとっても良い。
・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をズーミングに際して移動させる構成とすること。
・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ること。
・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振動に伴う像ブレを補正すること。
・歪曲収差や色収差の電気的な補正手段により、収差を補正すること。

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は物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。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である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は非球面係数である。

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］＋Ａ４・ｈ⁴＋Ａ６・ｈ⁶＋Ａ８・ｈ⁸＋Ａ１０・ｈ¹⁰＋Ａ１２・ｈ¹²
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側の面（ガラス面）からの距離で示している。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]
面データ
面番号 r d nd νd
1 17.925 0.85 2.00100 29.1
2 4.927 4.01
3 -15.82 0.75 1.88300 40.8
4 122.685 0.56
5 34.875 0.55 1.59282 68.6
6 9.649 1.75 1.95906 17.5
7 34.52 (可変)
8(絞り)∞ (可変)
9* 7.977 3.29 1.69350 53.2
10* -24.953 0.23
11 15.857 2.85 1.49700 81.5
12 -14.302 0.15
13 56.67 0.55 1.84666 23.8
14 5.003 0.79
15 6.392 2.6 1.49700 81.5
16 -18.531 (可変)
17 ∞ 1.8 1.52000 61.4
18 ∞

非球面データ
第9面
K =-1.71748e+000 A 4= 1.52449e-004 A 6= 1.97190e-006
A 8= 8.90800e-009 A10=-1.37595e-009
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.60199e-004 A 6= 2.52328e-006
A 8=-5.88033e-008


各種データ
ズーム比 2.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.03 3.59 5.92
Fナンバー 1.24 1.49 2.23
画角 69.5 36.7 21.8
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 42.3 35.7 34.8
BF 1.31 1.31 1.31

間隔 広角 中間 望遠
d 7 8.99 2.4 1.5
d 8 8.66 6.11 2.3
d16 2.63 5.18 8.99

[数値実施例2]
面データ
面番号 r d nd νd
1 17.665 0.85 2.00100 29.1
2 4.924 4.06
3 -15.1 0.75 1.88300 40.8
4 -271.281 0.47
5 44.263 0.46 1.60311 60.6
6 8.577 1.8 1.95906 17.5
7 26.471 (可変)
8(絞り) ∞ (可変)
9* 8.903 3.21 1.69350 53.2
10* -26.972 0.23
11 15.466 3.1 1.49700 81.5
12 -13.754 0.15
13 63.652 0.55 1.84666 23.8
14 5.637 1.09
15 7.531 2.41 1.49700 81.5
16 -14.501 (可変)
17 ∞ 1.8 1.52000 61.4
18 ∞

非球面データ
第9面
K =-1.67762e+000 A 4= 9.44739e-005 A 6= 3.63742e-006
A 8=-6.76029e-008 A10=-9.43091e-010
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.27226e-004 A 6= 4.65800e-006
A 8=-1.27153e-007


各種データ
ズーム比 2.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.04 3.6 5.93
Fナンバー 1.23 1.47 2.18
画角 69.4 36.7 21.8
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 43.3 36.7 35.9
BF 3.24 3.24 3.24

間隔 広角 中間 望遠
d 7 8.85 2.2 1.41
d 8 9.11 6.42 2.4
d16 1.2 3.89 7.91

[数値実施例3]
面データ
面番号 r d nd νd
1 29.905 0.85 2.00100 29.1
2 5.512 3.46
3 -62.468 0.75 1.88300 40.8
4 47.371 0.69
5 8.690E+05 0.55 1.62041 60.3
6 7.14 1.92 1.95906 17.5
7 15.555 (可変)
8(絞り) ∞ 1
9 22.151 0.98 1.59282 68.6
10 -81.709 (可変)
11* 9.269 2.5 1.69350 53.2
12* 18454.709 0.2
13 11.041 3.15 1.49700 81.5
14 -12.008 0.15
15 56.647 0.55 1.84666 23.8
16 5.481 1.02
17 10.297 2.23 1.59282 68.6
18 -20.329 (可変)
19 ∞ 1.8 1.52000 61.4
20 ∞

非球面データ
第11面
K =-1.71748e+000 A 4= 1.86389e-004 A 6= 2.36656e-006
A 8=-1.10704e-007 A10=-9.82607e-009 A12=-1.04024e-022
第12面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.59728e-004 A 6= 1.01979e-005
A 8=-5.81129e-007


各種データ
ズーム比 2.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.04 3.42 5.92
Fナンバー 1.25 1.55 2.04
画角 69.6 38.4 21.9
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 44.9 37.8 35.2
BF 1.69 1.69 1.69

間隔 広角 中間 望遠
d 7 11.92 4.79 2.2
d10 7.42 4.71 0.65
d18 2.11 4.82 8.88

[数値実施例4]
面データ
面番号 r d nd νd
1 39.836 0.85 2.00100 29.1
2 6.941 3.7
3 -93.658 0.75 1.49700 81.5
4 13.963 1.38
5 -7.655E+06 0.55 1.65160 58.5
6 9.278 2.05 1.95906 17.5
7 27.014 (可変)
8(絞り) ∞ 1.65
9 19.979 0.55 1.92286 18.9
10 12.434 1.74 1.88300 40.8
11 70.866 (可変)
12* 11.314 2.7 1.69350 53.2
13* 545.719 0.2
14 12.539 3.55 1.49700 81.5
15 -14.134 0.15
16 17.766 0.55 1.84666 23.8
17 5.863 1.2
18 11.952 2.13 1.49700 81.5
19 -17.87 (可変)
20 ∞ 1.8 1.52000 61.4
21 ∞

非球面データ
第12面
K =-1.69551e+000 A 4=-1.20077e-006 A 6=-2.06098e-006
A 8=-1.68609e-007 A10=-6.05696e-010 A12=-1.99995e-011
第13面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.71722e-004 A 6=-9.58467e-007
A 8=-2.92132e-007 A10= 2.43773e-009


各種データ
ズーム比 2.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.04 3.44 5.92
Fナンバー 1.06 1.35 1.84
画角 69.6 38.2 21.8
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 51.9 41.8 37.5
BF 0.99 0.99 0.99

間隔 広角 中間 望遠
d 7 16 5.84 1.55
d11 6.8 4.28 0.5
d19 2.63 5.15 8.92

前述の各条件式と各数値実施例との関係を示す。

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌｒ 最終レンズ群

Claims (9)

1. 最も物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群、最も像側に配置された正の屈折力の最終レンズ群を有し、ズーミングに際して前記第１レンズ群および前記最終レンズ群が互いに異なる軌跡で移動し、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ズームレンズであって、
   前記第１レンズ群は、正レンズと負レンズを含み、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、前記第１レンズ群と前記最終レンズ群の焦点距離を各々ｆ１、ｆｒ、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの材料の中でアッベ数が最も大きい材料のアッベ数をν１ｎ_ｍａｘ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料の中でアッベ数が最も小さい材料のアッベ数をν１ｐ_ｍｉｎ、前記最終レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄｒｐとするとき、
   −１．７＜ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．１
   −２．５＜ｆｒ／ｆ１＜−１．４
   ３．８＜ｆｒ／ｆｗ＜５．５
   ３８＜｜ν１ｎ_ｍａｘ−ν１ｐ_ｍｉｎ｜＜７３
   ６７．８≦νｄｒｐ
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群の中で最も物体側に配置されたレンズは負レンズであり、該負レンズの焦点距離をｆＧ１とするとき、
   −４．７＜ｆＧ１／ｆｗ＜−２．７
   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。
3. 広角端から望遠端へのズーミングに際しての前記第１レンズ群の移動量の絶対値をＭ１とするとき、
   １．８＜Ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ）＜４．７
   なる条件式を満足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に際しての前記最終レンズ群の移動量の絶対値をＭｒとするとき、
   １．４＜Ｍｒ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜２．５
   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。
5. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをｄ１Ｇ、前記最終レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記最終レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをｄｒＧとするとき、
   ２．０＜ｄ１Ｇ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜３．２
   ２．５＜ｄｒＧ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜３．７
   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。
6. 物体側より像側へ順に配置された、前記第１レンズ群、前記最終レンズ群から構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズであって、
   前記第１レンズ群と前記最終レンズ群の間に、ズーミングに際して不動の開口絞りを有し、フォーカシングに際して、前記第１レンズ群が移動することを特徴とするズームレンズ。
7. 物体側より像側へ順に配置された、前記第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、前記最終レンズ群から構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズであって、前記第１レンズ群と前記最終レンズ群の間に、ズーミングに際して不動の開口絞りを有し、フォーカシングに際して、前記第１レンズ群もしくは前記第２レンズ群が移動することを特徴とするズームレンズ。
8. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆｍとするとき、
   ５．２＜｜ｆｍ／ｆ１｜＜７．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
9. 請求項１乃至８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。