JP6173005B2 - 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、デジタルスチルカメラ、ＴＶカメラ、監視カメラ、銀塩写真用のカメラ等の撮像光学系として好適なものである。
最近、固体撮像素子を用いた撮像装置に用いられている撮像光学系には、高ズーム比で、全系が小型なズームレンズであることが要望されている。更に非撮影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔に縮小し、撮像装置に適用したとき撮像装置全体としての厚みを薄くすることができる沈胴式のズームレンズであること等が要望されている。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レンズ群からなる４群のズームレンズが知られている（特許文献１，２）。
特許文献１は第２レンズ群を構成する正レンズの材料を適切に設定することにより、高ズーム比で全系が小型の４群ズームレンズを開示している。特許文献２は正の屈折力の第１，第３，第４レンズ群を構成する正レンズの材料の平均屈折率と平均アッベ数を適切に設定することにより、色収差を良好に補正した小型の４群ズームレンズを開示している。また非撮影時において装置全体の厚みを薄くするために沈胴時にレンズ群の一部を光軸外へ退避するようにしたズームレンズが知られている（特許文献３）。
特開２０１１−２０３３８７号公報 特開２００８−２０９７４１号公報 特開２００５−４２３２号公報
撮像装置に用いるズームレンズとして、全系の小型化及び高ズーム比化を図りつつ、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得るには、ズームタイプや各レンズ群のレンズ構成等を適切に設定することが重要である。
例えば全系の小型化を図るにはレンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）を短くすることが重要になってくる。
レンズ全長を短縮するためには各レンズ群の屈折力を強めてズーミングに際してのレンズ群の移動量を減らす必要がある。前述の４群ズームレンズでは、第２レンズ群の屈折力を強めて、第２レンズ群の変倍分担を大きくすれば、所定のズーム比を確保しつつ、全系の小型化が容易になる。しかしながら、第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎると、全系のペッツバール和が負側に大きくなり、ズーム全域における像面湾曲がオーバー側へ倒れてしまう。一方、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得るには、各レンズ群の色消しを十分に行っておく必要がある。
このためには、各レンズ群に正レンズと負レンズが必要になってくる。正の屈折力のレンズ群に負レンズを使用すると、ペッツバール和が負側にさらに大きくなる。このため、各レンズの屈折力およびレンズの材料の屈折率を最適に設定する必要がある。
また非撮影時にカメラを薄型化（前後方向の薄型化）するためには、鏡筒（レンズ鏡筒）を数段に分けて、ズームレンズを構成する各レンズ群を光軸方向に畳んで収納する、沈胴式が大変有効である。沈胴式を用いてカメラの薄型化を効果的に行うには、ズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ枚数を削減し、レンズ群の厚さを小さくするのが良い。
前述した４群ズームレンズにおいて、高ズーム比化を図りつつ全系の小型化を図るには、各レンズ群のレンズ構成のうち、例えば各レンズ群を構成するレンズの材料の屈折率を適切に設定することが重要になってくる。これを適切に設定しないと、全系の小型化、及び高ズーム比化を図りつつ、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得るのが大変困難になってくる。
特許文献１では、第４レンズ群が１つの正レンズよりなるため倍率色収差が特にズーム中間域で大きい。これを補正するためには第４レンズ群に負レンズを追加し第４レンズ群の色消しを十分におこなう必要があるが、負レンズを追加すると像面湾曲が低下してくる。
特許文献２では、第１レンズ群をズーミングに際して不動としているため、第１レンズ群の屈折力が強い屈折力の配置となっている。しかしこのような屈折力配置では、広角端における前玉有効径が大きくなるため、全系の小型化が難しくなる。
特許文献３では、レンズ群の一部を沈胴時に光軸外へ退避させて沈胴長を短縮しているが、レンズ全長が大きいと沈胴厚に対する鏡筒の厚みが大きくなり、撮像装置を薄くするのが困難になる。あるいはレンズを保持する鏡筒構造が複雑になるため、レンズの保持精度が低くなり、光学性能が低下する原因になってくる。
本発明は、全系が小型で高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有した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配置された、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レンズ群から構成され、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群が物体側に位置し、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において、
前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、及び前記第４レンズ群のいずれにも負レンズが配置され、
望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮ２ａｎ、全系に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｎ、全系に含まれる正レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｐとするとき、
０．６０＜Ｌｔ／ｆｔ＜０．９５
１．８４＜Ｎ２ａｎ＜２．００
０．２２＜ＮＡａｎ−ＮＡａｐ＜０．４０
ＮＡａｎ≧１．９００
ＮＡａｐ＜１．６７５
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、全系が小型で高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。
本発明の実施例１の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例１に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例２の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例２に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例３の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例３に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例４の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例４に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例５の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例５に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例６の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例６に対応する数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の撮像装置の概略図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群から構成される。そして各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズである。本発明のズームレンズにおいて、第１レンズ群乃至第４レンズ群は、それぞれ負の屈折力のレンズ（負レンズ）を有している。
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。実施例１はズーム比１５．１５、Ｆナンバー３．６１〜７．０１程度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。実施例２はズーム比１５．１４、Ｆナンバー３．５９〜７．０５程度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。実施例３はズーム比１５．１３、Ｆナンバー３．６２〜７．０９程度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。実施例４はズーム比１７．００、Ｆナンバー３．９９〜７．１０程度のズームレンズである。
図９は本発明の実施例５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１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例５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５はズーム比１６．９９、Ｆナンバー３．５７〜７．１０程度のズームレンズである。
図１１は本発明の実施例６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１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例６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６はズーム比１７．０４、Ｆナンバー４．０１〜７．１０程度のズームレンズである。
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、左方が被写体側（物体側）（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、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。
レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第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は負の屈折力の第４レンズ群である。各実施例のズームレンズは４群ズームレンズである。レンズ断面図において、ＳＰは開口絞りであり、光軸方向において第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズＧ３１の物体側頂点からレンズＧ３１の物体側の面と外周部（コバ部）との交点までの間に配置されている。
ＦＰはフレアー絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の像側に配置しており、不要光を遮光している。ＧＢ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。
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。また無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての移動方向を示している。球面収差図において、実線のｄ−lineはｄ線、二点鎖線のｇ−−lineはｇ線である。非点収差図において点線のΔＭはメリディオナル像面、実線の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（度）（撮影画角の半分の値）、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第１、第２、第３、第４レンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は矢印のように移動している。具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１は像側へ凸状の軌跡を描いて（非直線的に）移動する。第２レンズ群Ｌ２は像側へ凸状の軌跡を描いて移動する。第３レンズ群Ｌ３は物体側へ移動する。第４レンズ群Ｌ４は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動する。
各実施例では、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がいずれも物体側に位置する様に移動している。これにより広角端におけるレンズ全長（第１レンズ面から像面までの光軸上の長さ）を短くし、前玉有効径の小型化を図りつつ、高いズーム比を得ている。
また、各実施例においては第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から近距離へフォーカスを行う場合には、レンズ断面図に示す矢印４ｃの如く物体側に繰り出すことによって行っている。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠と近距離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。
尚、各実施例においては、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の一部又は全部を光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動させて、結像位置を光軸に対し垂直方向に変移させても良い。即ちズームレンズが振動（傾動）したときの撮影画像のぶれ（像ぶれ）を補正する防振を行っても良い。
これによれば、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がないので光学系全体が大型化するのを防止しつつ像ぶれ補正ができる。なお、第３レンズ群Ｌ３の一部又は全部を光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動させて防振を行う際の移動方式はどのような方式であっても良い。例えば鏡筒構造の複雑化を許容すれば、光軸上に回転中心を持つように第３レンズ群Ｌ３の一部又は全部を回動させても良い。
望遠端におけるレンズ全長を短縮し、ズーム全域にわたって色収差、球面収差、コマ収差等の諸収差を良好に補正するためには、第１レンズ群Ｌ１を複数の正レンズを有するように構成するのが良い。
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、負レンズと、正レンズを接合した接合レンズ、正レンズより構成している。これにより第１レンズ群Ｌ１の屈折力を強めて、望遠端におけるレンズ全長を短縮しながらも、望遠端及びその付近における色収差、球面収差、コマ収差等の諸収差を良好に補正している。
第２レンズ群Ｌ２は２つの負レンズと１つの正レンズを含む。第２レンズ群Ｌ２に含まれる負レンズが２枚以下とすることにより、主に広角端において歪曲収差と像面湾曲を良好に補正している。また、実施例３乃至５において、第２レンズ群Ｌ２は１以上の非球面を有している。これにより広角端において像面湾曲を良好に補正している。第３レンズ群Ｌ３は１つの正レンズ要素と１つの負レンズ要素より構成している。ここで、レンズ要素とは空気間隔を間に挟まない１つの光学ブロックのことを指す。つまり、単一レンズ又は接合レンズよりなる。
具体的には各実施例において、第３レンズ群Ｌ３の１つの正レンズ要素を１枚の正レンズより構成している。また１つの負レンズ要素を１つの正レンズと１つの負レンズを接合した接合レンズより構成している。負レンズ要素を接合レンズより構成することで、正レンズの屈折力を分散して、各レンズにおける製造敏感度を低減させるとともにコマ収差を良好に補正している。
さらに、正レンズ要素を最も物体側に位置することにより、第３レンズ群Ｌ３の主点位置を物体側に配置して、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を小さくして、高ズーム比化を容易にしている。
各実施例において負レンズ要素を全体としてメニスカス形状とすることで防振時およびズーミングに伴う中間のズーム位置においてコマ収差を良好に補正している。また、第３レンズ群Ｌ３は１以上の非球面を有している。具体的には第３レンズ群Ｌ３の最も物対側のレンズの少なくとも１つの面を非球面形状としている。これによってズーミングに伴う球面収差の変動を良好に補正している。
各実施例においては第４レンズ群Ｌ４を正レンズと、負レンズを接合した接合レンズにより構成している。第４レンズ群Ｌ４はフォーカシングの際に移動し、無限遠から至近距離へのフォーカシングに際して物体側に繰り出している。ズーム比１５以上のズームレンズにおいては、多くの場合、第４レンズ群Ｌ４の色消しがズーム中間域の倍率色収差に大きく影響を与える。このため、第４レンズ群Ｌ４を前記のごとく、接合レンズで構成することにより、ズーミングに伴う倍率色収差の変動を良好に補正している。
以上のように各実施例において第１レンズ群Ｌ１乃至第４レンズ群Ｌ４は１以上の負レンズを有している。
望遠端におけるレンズ全長を短縮しながら、ズーム比１５〜２０程度を得るためには、最大の変倍効果を第２レンズ群Ｌ２に分担させることが望ましい。こうすることで、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強めてズーミングに際しての移動量を小さくすることにより大きな変倍効果を得ながら、望遠端におけるレンズ全長を効率的に短縮することが容易となる。ただし、第２レンズ群Ｌ２の変倍効果を大きくしすぎると、広角端において第１レンズ群Ｌ１から開口絞りＳＰまでの距離が大きくなり、前玉有効径が増大してくる。
また、第２レンズ群Ｌ２は４つのレンズ群の中で最も屈折力の絶対値が大きいレンズ群であるため、第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力を大きくすると、全系のペッツバール和が負側に大きくなる。これにより、ズーム全域における像面湾曲がオーバー側へと倒れ、良好な画像を得るのが難しくなる。
尚、ペッツバール和は各レンズの屈折力を各々のレンズの屈折率で除した値の和で表現される。このため、上記に述べたようなレンズ全長の短縮を図りつつ、高い光学性能を得るためには、所望のレンズ全長を達成できる屈折力配置をとるとともに、適切な屈折率の材料よりなるレンズを配置することが重要となる。
そこで各実施例のズームレンズでは次の構成をとっている。望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとする。第２レンズ群Ｌ２に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮ２ａｎとする。全系に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｎとする。全系に含まれる正レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｐとする。
このとき、
０．６０＜Ｌｔ／ｆｔ＜０．９５ ・・・（１）
１．８４＜Ｎ２ａｎ＜２．００ ・・・（２）
０．２２＜ＮＡａｎ−ＮＡａｐ＜０．４０ ・・・（３）
なる条件式を満足する。
次に各条件式の技術的意味について説明する。条件式（１）は望遠端におけるレンズ全長を望遠端における全系の焦点距離で規格化したものである。条件式（２）および条件式（３）は条件式（１）を満足するレンズ全長を実現するとともに、良好な光学性能を得るためのズームレンズを構成する各レンズの材料の屈折率を適切に定めたものである。
条件式（１）の下限を超えて望遠端における全系の焦点距離に対してレンズ全長が短くなると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を大きくしなければならなくなる。そうすると、条件式（２）、条件式（３）を満足するようにレンズの材料の屈折率を特定したとしても像面がオーバー側（補正過剰側）に倒れてくる。
条件式（１）の上限を超えて、望遠端におけるレンズ全長が増大すると、全系の小型化が困難になる。あるいは望遠端における全系の焦点距離が小さくなるので、所望のズーム比を得るためには広角端における全系の焦点距離を短くする必要がある。広角端における全系の焦点距離が短くなると前玉有効径が大きくなり、全系の小型化が困難になる。
条件式（２）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２を構成する負レンズの材料の平均屈折率が小さくなるとペッツバール和が負側に大きくなるためズーム全域において像面がオーバーとなる。条件式（２）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２を構成する負レンズの材料の平均屈折率が大きくなると、材料が高分散となるため、主に広角端において色収差の補正が困難となる。
条件式（３）の下限を超えて、全系の負レンズの材料の平均屈折率と全系の正レンズの材料の平均屈折率の差が小さくなると、ペッツバール和が負側に大きくなりズーム全域において像面がオーバーとなる。条件式（３）の上限を超えて、全系の負レンズの材料の平均屈折率と全系の正レンズの材料の平均屈折率の差が大きくなると、正レンズの材料の屈折率が小さくなる。これにより正レンズのレンズ面の曲率がきつくなり（曲率半径が小さくなり）、必要なコバ厚を確保するためにはレンズの肉厚が厚くなる。この結果、例えば沈胴時の全系の厚みを薄くすることが困難となる。
以上のように、各条件式を満足するように望遠端における光学全長と全系における各レンズの屈折率の配置を適切にすることにより、全系が小型で、かつ高ズーム比のズームレンズが容易に得られる。尚、より好ましくは条件式（１）乃至条件式（３）の数値範囲を次のごとく設定するのが良い。
０．８０＜Ｌｔ／ｆｔ＜０．９１ ・・・（１ａ）
１．８４＜Ｎ２ａｎ＜１．９２ ・・・（２ａ）
０．２２＜ＮＡａｎ−ＮＡａｐ＜０．３５ ・・・（３ａ）
以上のごとく構成することにより、レンズ全長が短く全系が小型で、かつズーム比１５から２０程度の高ズーム比で、高性能なズームレンズを得ている。
第４レンズ群Ｌ４に含まれるレンズの材料の屈折率の平均値をＮ４ａとする。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１とする。第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。広角端から望遠端までのズーミングにおける第１レンズ群Ｌ１の移動量をｍ１とする。広角端から望遠端までのズーミングにおける第２レンズ群Ｌ２の移動量をｍ２とする。ここで広角端から望遠端までのズーミングにおけるレンズ群の移動量とは、広角端におけるレンズ群の光軸上の位置と望遠端におけるレンズ群の光軸上の位置の差をいう。移動量の符号は広角端に比べて望遠端においてレンズ群が像側に位置するときを正、物体側に位置するときを負とする。
レンズ群が往復移動のとき、移動量の差は０となる。このとき次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
ＮＡａｎ≧１．９００ ・・・（４）
ＮＡａｐ＜１．６７５ ・・・（５）
Ｎ４ａ＞１．６５ ・・・（６）
０．３２＜ｆ１／ｆｔ＜０．５６ ・・・（７）
−０．０９４＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０６２ ・・・（８）
−０．４＜ｍ２／ｍ１＜０．４ ・・・（９）
次に前述した各条件式の技術的意味について説明する。
条件式（４）と条件式（５）は全系を構成する負レンズと正レンズの材料の平均屈折率を適切に定めたものである。条件式（４）の下限を超えて全系を構成する負レンズの材料の平均屈折率が小さくなるかまたは、条件式（５）の上限を超えて全系を構成する正レンズの材料の平均屈折率が大きくなると、ペッツバール和が負側に大きくなる。この結果、ズーム全域において像面がオーバーとなる。
条件式（６）は第４レンズ群Ｌ４を構成する各レンズの材料の屈折率の平均値を適切に定めたものである。条件式（６）の下限を超えて第４レンズ群Ｌ４を構成する各レンズの材料の屈折率の平均値が小さくなると、第４レンズ群Ｌ４を構成する各レンズ面の曲率がきつくなり、諸収差が増大し、これらの諸収差の補正が困難になる。特に、第４レンズ群Ｌ４をフォーカスレンズ群としたとき、フォーカスに際しての収差変動を抑えるのが困難となる。
条件式（７）は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を望遠端における全系の焦点距離で規格化し、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を最適に定めたものである。
条件式（７）の下限を超えて望遠端における全系の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さくなると、ズーミングに際しての第１レンズ群Ｌ１の移動量が小さくなるため、レンズ全長の短縮が容易になる。しかしながら望遠端において、球面収差、コマ収差等が増大し、これらの収差の補正が困難となる。また、条件式（７）の上限を超えて望遠端における全系の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が大きくなると、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに際して移動量が大きくなるので望遠端におけるレンズ全長が増大する。この結果、沈同時にカメラ厚を薄くすることが困難となる。
条件式（８）は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を望遠端における全系の焦点距離で規格化し、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を最適に定めたものである。条件式（８）の上限を超えて望遠端における全系の焦点距離に対して第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の絶対値が小さくなると（負の屈折力が大きくなると）、第２レンズ群Ｌ２の変倍効果は大きくなる。しかしながらペッツバール和が負側に大きくなりズーム全域の像面がオーバーとなる。
条件式（８）の下限を超えて望遠端における全系の焦点距離に対して第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の絶対値が大きくなると（負の屈折力が小さくなると）、第２レンズ群Ｌ２によって所望の変倍比を得るのが困難となる。又は望遠端におけるレンズ全長が伸びてしまうため沈同時にカメラ厚を薄くすることが困難となる。
条件式（９）は広角端から望遠端における第１レンズ群Ｌ１の移動量と第２レンズ群Ｌ２の移動量の比を適切に設定したものである。条件式（９）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の移動量の絶対値が、第１レンズ群Ｌ１の移動量の絶対値に対して大きくなると、第２レンズ群Ｌ２の変倍分担は大きくなる。しかしながら、広角端において第１レンズ群Ｌ１が開口絞りＳＰから離れるので前玉有効径が大きくなり、全系の小型化が困難となる。
条件式（９）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の移動量の絶対値が、第１レンズ群Ｌ１の移動量の絶対値に対して大きくなると、第２レンズ群の変倍分担が小さくなり、所望のズーム比を得るのが困難となる。また、第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなり、第３レンズ群Ｌ３の製造敏感度が高くなるため良くない。
尚、レンズ全長が短く全系が小型で、かつズーム比１５〜２０倍程度で高い光学性能を有するズームレンズを得るためにより好ましくは、条件式（６）乃至条件式（９）の数値範囲を次のごとく設定するのが良い。
Ｎ４ａ＞１．６７ ・・・（６ａ）
０．３５＜ｆ１／ｆｔ＜０．４８ ・・・（７ａ）
−０．０９０＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７２ ・・・（８ａ）
−０．３＜ｍ２／ｍ１＜０．１ ・・・（９ａ）
次に各実施例に示した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１〜６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。
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。
次に、本発明の実施例１乃至６に各々対応する数値実施例１乃至６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す。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、ｎｄｉとνｄｉ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。
数値実施例におけるｄ１２の値がマイナスとなっているがこれは物体側から像側へ順に開口絞り、第３レンズ群と数えたためである。またｋを離心率Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０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］＋Ａ４ｈ4＋Ａ６ｈ6＋Ａ８ｈ8＋Ａ１０ｈ10
で表示される。
但しＲは近軸曲率半径である。また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。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。各実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）はレンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側のレンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。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)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.210 0.75 1.92286 18.9 19.87
2 23.138 3.04 1.49700 81.5 18.82
3 513.621 0.05 18.43
4 24.952 1.94 1.77250 49.6 17.64
5 88.711 (可変) 17.19
6 169.819 0.40 2.00100 29.1 10.85
7 5.508 2.82 8.29
8 -17.295 0.30 1.77250 49.6 8.15
9 16.374 0.05 8.20
10 11.025 1.80 1.95906 17.5 8.37
11 -154.510 (可変) 8.21
12(絞り) ∞ -0.20 4.30
13* 5.328 1.70 1.55332 71.7 4.34
14* -14.724 0.05 4.15
15 3.755 1.20 1.51742 52.4 3.81
16 7.547 0.30 2.00100 29.1 3.22
17 3.075 1.44 2.91
18 ∞ (可変) 2.86
19 10.172 2.08 1.48749 70.2 8.82
20 -41.903 0.40 1.95906 17.5 8.73
21 -1000.000 (可変) 8.70
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-4.61976e+000 A 4= 2.75247e-003 A 6=-2.19942e-004
A 8= 1.03895e-005 A10=-1.21944e-006
第14面
K = 2.21450e+001 A 4= 8.22384e-004
焦点距離 4.43 26.28 67.10
Fナンバー 3.61 5.78 7.01
半画角（度） 36.63 8.39 3.30
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 44.48 54.06 60.07
BF 3.82 10.70 4.53
d 5 0.41 14.03 19.18
d11 16.88 3.87 0.45
d18 5.27 7.35 17.80
d21 2.29 9.17 3.00
(数値実施例２)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.426 0.72 1.85478 24.8 20.00
2 20.578 3.13 1.49700 81.5 18.40
3 633.043 0.05 17.40
4 24.271 1.92 1.69680 55.5 17.00
5 163.247 (可変) 16.70
6 -201.061 0.35 2.00100 29.1 10.40
7 5.795 2.60 8.20
8 -15.803 0.30 1.71300 53.9 8.00
9 17.635 0.05 8.00
10 11.533 1.60 1.95906 17.5 8.10
11 -141.723 (可変) 7.90
12(絞り) ∞ -0.20 4.27
13* 5.154 1.70 1.55332 71.7 4.40
14* -16.203 0.05 4.20
15 3.673 1.20 1.51742 52.4 3.90
16 7.844 0.30 2.00100 29.1 3.40
17 3.058 1.44 3.10
18 ∞ (可変) 3.03
19 10.421 2.08 1.48749 70.2 8.50
20 -42.329 0.40 1.95906 17.5 8.50
21 -1000.000 (可変) 8.50
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-1.04671e+000 A 4= 2.79758e-004 A 6= 9.47249e-006
第14面
K =-1.03394e+000 A 4= 4.73790e-004

焦点距離 4.43 28.83 67.08
Fナンバー 3.59 5.91 7.05
半画角（度） 36.61 7.65 3.31
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 43.75 54.53 59.57
BF 3.84 11.04 4.19
d 5 0.38 13.45 18.32
d11 16.91 3.37 0.45
d18 4.91 8.98 18.91
d21 2.31 9.51 2.66
(数値実施例３)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 31.048 0.78 2.00069 25.5 20.60
2 19.109 3.25 1.49700 81.5 18.80
3 141.184 0.05 18.50
4 22.063 2.41 1.77250 49.6 18.00
5 177.570 (可変) 17.60
6 137.889 0.50 1.88202 37.2 10.70
7* 5.027 2.77 7.80
8 -13.621 0.30 1.88300 40.8 7.50
9 22.801 0.05 7.60
10 11.942 1.50 1.95906 17.5 7.70
11 -90.919 (可変) 7.50
12(絞り) ∞ -0.20 3.98
13* 6.483 1.70 1.58313 59.4 4.00
14* -8.495 0.05 4.10
15 3.891 1.30 1.48749 70.2 3.80
16 9.908 0.30 2.00100 29.1 3.20
17 3.172 1.44 2.90
18 ∞ (可変) 2.85
19 10.551 2.50 1.60342 38.0 9.30
20 -25.180 0.40 1.95906 17.5 9.10
21 -1000.001 (可変) 9.10
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第7面
K = 1.69006e-001 A 4=-1.20550e-004 A 6=-1.09784e-006
A 8=-2.36591e-007 A10=-3.17270e-008
第13面
K =-1.08987e+000 A 4=-2.33937e-003 A 6=-2.59651e-004
A 8= 2.45247e-006 A10=-8.17589e-006
第14面
K = 6.94130e+000 A 4=-5.69584e-004 A 6=-7.15103e-005
A 8=-2.56602e-005

焦点距離 4.43 30.45 67.04
Fナンバー 3.62 5.59 7.09
半画角（度） 36.63 7.25 3.31
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 41.76 54.16 60.60
BF 4.20 10.33 4.19
d 5 0.36 14.63 18.15
d11 14.09 2.66 0.45
d18 4.01 7.44 18.70
d21 2.67 8.81 2.66
(数値実施例４)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 43.843 0.82 1.85478 24.8 22.20
2 23.753 3.69 1.49700 81.5 21.50
3 -1211.288 0.05 21.30
4 25.725 2.54 1.77250 49.6 20.50
5 137.520 (可変) 20.10
6 162.088 0.50 1.88202 37.2 11.30
7* 5.365 2.81 8.30
8 -20.637 0.30 1.80400 46.6 8.10
9 15.385 0.05 8.10
10 9.844 1.50 1.95906 17.5 8.20
11 57.376 (可変) 8.00
12(絞り) ∞ -0.20 3.68
13* 5.918 1.70 1.58313 59.4 3.70
14* -8.957 0.05 3.70
15 4.052 1.30 1.51742 52.4 3.40
16 17.056 0.30 2.00100 29.1 2.90
17 3.200 1.24 2.60
18 ∞ (可変) 2.69
19 12.096 2.20 1.69680 55.5 9.50
20 -56.028 0.40 1.95906 17.5 9.40
21 -1000.001 (可変) 9.30
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第7面
K =-2.69985e-001 A 4= 2.43999e-004 A 6= 1.65212e-005
A 8=-7.23132e-007 A10= 5.22978e-008
第13面
K =-8.75786e-001 A 4=-2.09980e-003 A 6=-2.79828e-004
A 8=-3.09843e-007 A10=-7.48654e-006
第14面
K = 5.61518e+000 A 4=-8.90401e-004 A 6=-1.33402e-004
A 8=-3.26735e-005

焦点距離 4.44 28.87 75.49
Fナンバー 3.99 6.00 7.10
半画角（度） 36.55 7.64 2.94
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 44.07 58.25 63.62
BF 4.79 11.49 4.60
d 5 0.44 16.51 22.07
d11 15.24 3.30 0.45
d18 4.36 7.71 17.25
d21 3.26 9.96 3.07
(数値実施例５)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.227 0.78 2.00069 25.5 21.80
2 19.857 3.44 1.49700 81.5 20.00
3 151.710 0.05 19.70
4 22.354 2.56 1.77250 49.6 19.20
5 158.994 (可変) 18.80
6 132.504 0.50 1.88202 37.2 11.30
7* 5.353 2.86 8.20
8 -15.689 0.30 1.88300 40.8 8.00
9 18.824 0.05 8.00
10 11.395 1.50 1.95906 17.5 8.10
11 -221.567 (可変) 8.00
12(絞り) ∞ -0.20 4.19
13* 5.294 1.70 1.58313 59.4 4.30
14* -13.290 0.05 4.10
15 3.749 1.30 1.51742 52.4 3.80
16 18.686 0.30 2.00100 29.1 3.20
17 3.219 1.44 2.90
18 ∞ (可変) 2.86
19 11.802 2.50 1.69895 30.1 9.20
20 -17.688 0.40 1.95906 17.5 9.10
21 -1000.001 (可変) 9.00
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第7面
K = 1.80237e-001 A 4=-6.83839e-005 A 6= 5.18200e-006
A 8=-3.57803e-007 A10=-5.52627e-009
第13面
K = 4.23515e-001 A 4=-1.05544e-003 A 6=-3.11580e-005
A 8=-1.70236e-007 A10=-8.01979e-007
第14面
K =-4.36369e+000 A 4= 1.51246e-004 A 6= 2.74533e-005
A 8=-1.00760e-005

焦点距離 4.44 34.18 75.45
Fナンバー 3.57 5.36 7.10
半画角（度） 36.58 6.47 2.94
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 44.21 55.22 61.97
BF 3.91 10.35 3.70
d 5 0.32 15.93 18.87
d11 15.95 2.86 0.45
d18 4.51 6.57 19.43
d21 2.38 8.82 2.18
(数値実施例６)
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 38.757 0.82 2.00069 25.5 22.00
2 23.431 3.60 1.49700 81.5 21.30
3 493.160 0.05 21.00
4 26.249 2.62 1.77250 49.6 20.40
5 182.949 (可変) 20.00
6 -529.353 0.35 1.95375 32.3 10.70
7 5.574 2.64 8.30
8 -20.632 0.30 1.77250 49.6 8.20
9 16.160 0.05 8.10
10 10.483 1.50 1.95906 17.5 8.30
11 211.625 (可変) 8.20
12(絞り) ∞ -0.20 3.71
13* 5.949 1.70 1.58313 59.4 3.80
14* -8.989 0.05 3.70
15 3.906 1.30 1.51742 52.4 3.40
16 19.524 0.30 2.00100 29.1 2.90
17 3.140 1.24 2.60
18 ∞ (可変) 2.66
19 11.226 2.50 1.69895 30.1 9.10
20 -16.128 0.40 1.95906 17.5 9.00
21 -1000.001 (可変) 8.90
22 ∞ 0.80 1.51633 64.1 15.00
23 ∞ 15.00
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-8.83963e-001 A 4=-2.08880e-003 A 6=-2.77367e-004
A 8=-3.44402e-006 A10=-7.59740e-006
第14面
K = 5.76579e+000 A 4=-9.51443e-004 A 6=-1.33177e-004
A 8=-3.47176e-005

焦点距離 4.43 28.51 75.47
Fナンバー 4.01 6.21 7.10
半画角（度） 36.61 7.74 2.94
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 44.13 58.05 63.48
BF 4.92 11.47 4.18
d 5 0.55 16.89 23.00
d11 15.67 3.63 0.45
d18 3.77 6.83 16.62
d21 3.39 9.95 2.66
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

Claims (7)

  1. 物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群が物体側に位置し、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において、
    前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、及び前記第４レンズ群のいずれにも負レンズが配置され、
    望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮ２ａｎ、全系に含まれる負レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｎ、全系に含まれる正レンズの材料の屈折率の平均値をＮＡａｐとするとき、
    ０．６０＜Ｌｔ／ｆｔ＜０．９５
    １．８４＜Ｎ２ａｎ＜２．００
    ０．２２＜ＮＡａｎ−ＮＡａｐ＜０．４０
    ＮＡａｎ≧１．９００
    ＮＡａｐ＜１．６７５
    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４レンズ群に含まれるレンズの材料の屈折率の平均値をＮ４ａとするとき、
    Ｎ４ａ＞１．６５
    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. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
    ０．３２＜ｆ１／ｆｔ＜０．５６
    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. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
    −０．０９４＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０６２
    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２レンズ群に含まれる負レンズは２枚以下であ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. 広角端から望遠端までのズーミングにおける前記第１レンズ群の移動量をｍ１、広角端から望遠端までのズーミングにおける前記第２レンズ群の移動量をｍ２とするとき、
    −０．４＜ｍ２／ｍ１＜０．４
    なる条件式を満足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. 請求項１乃至６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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