JP6354196B2 - ズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置 - Google Patents

ズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラに用いられ、特に監視用途に用いられるズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置に関する。
セキュリティ等に用いるカメラ市場は大きなものとなっており、ユーザからの要望も多岐にわたっている。なかでも、高画質化と高変倍化とは常にユーザが要望するところであり、そのウエイトが大きい。よって、カメラの撮影レンズとして使用されるズームレンズにも、高性能化と高変倍化との両立が求められている。
ここで、高性能化という面では、少なくとも１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。また、高変倍化としては、１６倍程度の変倍が必要と考えられる。
高性能化という面では特に、監視用途のテレビカメラにおいては、暗い状態においても撮影できるように、波長９００ｎｍ程度以下の近赤外域においても収差が十分に補正されていることが望まれている。
このようなズームレンズには、いくつかのタイプのものが考えられている。例えば、物体側から像側へ向かって順に、正の焦点距離を持つ第１レンズ群、負の焦点距離を持つ第２レンズ群、負の焦点距離を持つ第３レンズ群、正の焦点距離を持つ第４レンズ群を有し、第１レンズ群が物体側から像側へ向かって順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、正レンズで構成され、第４レンズ群に異常分散ガラスを用いたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
しかしながら、特許文献１〜３に開示されたズームレンズは、高変倍化や大口径化、耐温度性等を図ってはいるものの、近赤外域の収差補正について考慮されていない。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、高倍率で近赤外域においても収差が十分に補正できるズームレンズを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本願に係るズームレンズは、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、および、正の屈折力を有する第４レンズ群で構成され、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第１レンズ群は像面に対して固定であり、前記第２レンズ群は像側に移動し、前記第３レンズ群は移動し、前記第４レンズ群は像面に対して固定であるズームレンズであって、前記第４レンズ群は、該第４レンズ群内で最も大きい間隔を介して、物体側に第４ａレンズ群を配置し、像側に第４ｂレンズ群を配置して構成され、前記第４ａレンズ群は、負の屈折力を有する樹脂レンズを１枚のみと、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズ、を有し、前記第４レンズ群に含まれる前記正レンズのうち、少なくとも１枚が、該正レンズの屈折率をｎdとし、該正レンズのアッベ数をνdとし、該正レンズを構成する材料のｇ線に対する屈折率をｎg、Ｆ線に対する屈折率をｎF、Ｃ線に対する屈折率をｎCとしたときに、（ｎg−ｎF）／（ｎF−ｎC）で求まる値を該正レンズの部分分散比Ｐg,Fとしたとき、以下の条件式
１．４０ ＜ ｎd ＜ １．６５
６５．０ ＜ νd ＜ １００．０
０．０１５ ＜ Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３） ＜ ０．０６０
を満足することを特徴とする。
本発明によれば、高倍率で近赤外域においても収差が十分に補正できるズームレンズを提供することができる。
実施例１に係るズームレンズの構成を示す断面図であり、（ａ）は短焦点端状態、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は長焦点端状態をそれぞれ示す。 実施例２に係るズームレンズの構成示す断面図であり、（ａ）は短焦点端状態、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は長焦点端状態をそれぞれ示す。 実施例３に係るズームレンズの構成示す断面図であり、（ａ）は短焦点端状態、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は長焦点端状態をそれぞれ示す。 実施例４に係るズームレンズの構成示す断面図であり、（ａ）は短焦点端状態、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は長焦点端状態をそれぞれ示す。 実施例１に係るズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例１に係るズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例１に係るズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例２に係るズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例２に係るズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例２に係るズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例３に係るズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例３に係るズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例３に係るズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例４に係るズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例４に係るズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例４に係るズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例５に係るカメラ（撮像装置）としてのデジタルカメラの外観構成を模式的に示す斜視図であって、（ａ）は正面側の斜視図を示し、（ｂ）は裏面側の斜視図を示す。 図１７のデジタルカメラのシステム構造例を示すブロック図である。
以下に、本発明に係るズームレンズの実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１ないし図４に示すように、本発明の実施形態に係るズームレンズ１は、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、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を有して構成される。短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｉに対して固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｉに対して固定であって、さらに、それぞれ以下で述べるような特徴を有している。
本発明の実施形態のような、正、負、負、正の４レンズ群で構成されるズームレンズ１は、一般に、第２レンズ群Ｇ２が主要な変倍作用を負担する、いわゆるバリエータとして構成される。上述したように、短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｉに対して固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｉに対して固定であることにより、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。
短焦点端の軸上色収差を補正しようとする場合、異常分散性がある光学材料を第４レンズ群Ｇ４に用いるとよい。望ましくは、第４レンズ群Ｇ４は、第４レンズ群Ｇ４内で最も大きい間隔を介して物体側に第４ａレンズ群Ｇ４ａを配置し、像側に第４ｂレンズ群Ｇ４ｂを配置して構成する。そして、最も軸上光束が太くなる第４ａレンズ群Ｇ４ａに含まれる正レンズに異常分散性がある光学材料を用いることで、軸上色収差への効果を高めることができる。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、第４レンズ群Ｇ４は、負の屈折力を有する樹脂レンズ（例えば、図１のＬ４ａ５）を１枚のみと、少なくとも１枚の正レンズ（例えば、図１のＬ４ａ１，Ｌ４ａ２，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６，Ｌ４ｂ２）と、を有して構成する。また、条件式としては、第４レンズ群Ｇ４に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚が、以下の条件式（１）ないし（３）を満足する構成としている。ただし、以下の条件式（１）ないし（３）中、ｎdは該正レンズの屈折率を表し、νdは該正レンズのアッベ数を表す。Ｐg,Fは該正レンズの部分分散比を表し、該正レンズを構成する材料のｇ線に対する屈折率をｎg、Ｆ線に対する屈折率をｎF、Ｃ線に対する屈折率をｎCとしたときに、（ｎg−ｎF）／（ｎF−ｎC）で求まる値である。
（１）１．４０ ＜ ｎd ＜ １．６５
（２）６５．０ ＜ νd ＜ １００．０
（３）０．０１５ ＜ Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３） ＜ ０．０６０
上記条件式（１）ないし（３）を満足するような異常分散性が高く、低分散な光学材料を第４レンズ群Ｇ４の正レンズに用いることにより、色収差を十分に補正することができる。しかし、異常分散性がある光学材料は、線膨張係数や温度変化による屈折率変化が大きく、温度変化によりピント位置がオーバー側に移動する。そこで、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４ａ５に樹脂レンズを用いることで、異常分散性がある光学材料の温度変化によるピント移動を補正する。
ここで、条件式（１）が下限値以下であると、単色収差の補正が不十分となり、条件式（２）が下限値以下であると、色収差の補正が不十分となり、条件式（３）が下限値以下であると、色収差の二次スペクトルの補正が不十分となるため好ましくない。一方、条件式（１）、（２）、（３）についてすべて上限以上となるような光学材料は存在しないか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、現実的でない。
また、監視カメラ等に用いるズームレンズとして、少なくとも１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、１６倍程度の変倍を有する高変倍なものが望まれている。また、高性能化という面では特に、監視用途のテレビカメラにおいては、暗い状態においても撮影できるように、波長９００ｎｍ程度以下の近赤外域においても収差が十分に補正されていることが望まれている。更に、広画角化も望まれており、短焦点端の半画角は２５度以上であることが望ましい。さらに、セキュリティ等に用いるカメラは高温で使われることもあるため、温度変化による性能への影響が小さいことが望まれている。さらに、大口径化を望まれており、短焦点端のＦナンバが２．０以下であることが望ましい。
本発明の実施形態に係るズームレンズ１は、上述のような構成とすることで、１６倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら、短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．０程度であり、構成枚数が１６程度で比較的安価であり、近赤外の波長域においても収差が十分に補正され、小型でかつ１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することができる。このようなズームレンズ１を用いることで、小型かつ高画質で、通常の撮影領域を十分にカバーする変倍域を有したカメラを実現することができる。
以下、本発明のズームレンズ１のより好ましい形態について説明する。本発明の実施形態に係るズームレンズ１は、各種収差を補正しつつ、温度変化によるピント位置移動を小さくするためには、第４レンズ群Ｇ４が、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式（４）中、ｆ plaＲN2Iは第４レンズ群Ｇ４に含まれる樹脂レンズＬ４ａ５の焦点距離を表し、ｆ4は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を表す。
（４）−１２．０ ＜ ｆ pla／ｆ4 ＜ −３．０
上記条件式（４）を満足することにより、温度変化によるピント位置が変わらないズームレンズ１を提供することができる。そのため、温度変化にロバストである高性能な撮像装置を実現することができる。ここで、条件式（４）が上限値以上であると、異常分散性レンズによるピント位置変動を補正しすぎることになり、ピント位置がアンダーになるため好ましくない。一方、条件式（４）が下限値以下であると、異常分散性レンズによるピント位置変動の補正が不足し、ピント位置がオーバーになるため好ましくない。
また、各種収差をより効果的に補正するには、以下の条件式（４’）を満足することがさらに望ましい。
（４’）−１０．０ ＜ ｆ pla／ｆ4 ＜ −５．０
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式（５）中、ｆ plaは第４レンズ群Ｇ４に含まれる樹脂レンズＬ４ａ５の焦点距離を表し、ｆwは短焦点端における全系の焦点距離を表す。
（５）−３０ ＜ ｆ pla／ｆw ＜ −１０
上記条件式（５）を満足することにより、軸上色収差を良好に補正し、高性能なズームレンズ１を提供することができる。そのため、可視域から近赤外域まで良好な描写の得られる撮像装置を実現することができる。ここで、条件式（５）が上限値以上であると、異常分散性レンズによるピント位置変動を補正しすぎることになり、ピント位置がアンダーになるため好ましくない。一方、条件式（５）が下限値以下であると、異常分散性レンズによるピント位置変動の補正が不足し、ピント位置がオーバーになるため好ましくない。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、長焦点端の軸上色収差を十分に補正するためには、第１レンズ群Ｇ１は回折面を有し、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式（６）中、ｆ1doeは回折面の焦点距離を表し、ｆ1は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を表す。
（６）５０ ＜ ｆ1doe ／ｆ1 ＜ ２００
第１レンズ群Ｇ１は、長焦点端において軸上光線が最も高い位置を通るため、長焦点端の軸上色収差を補正するためには第１レンズ群Ｇ１に回折面を用いるとよい。さらに、上記条件式（６）を満足することにより、長焦点端の軸上色収差を過不足なく補正することが可能となる。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、大口径でありながら小型で高性能にするためには、第４レンズ群Ｇ４は、該第４レンズ群Ｇ４内で最も大きい間隔を介して、物体側に第４ａレンズ群Ｇ４ａを配置し、像側に第４ｂレンズ群Ｇ４ｂを配置して構成することが望ましい。さらに、短焦点端の軸上色収差を十分に補正するためには、第４ａレンズ群Ｇ４ａに含まれる正レンズは、少なくとも２枚が前述の条件式（１）ないし（３）を満足することが望ましい。また、第４ａレンズ群Ｇ４ａに含まれる正レンズが全て前述の条件式（１）ないし（３）を満足することがさらに望ましい。この構成によっても、軸上色収差を良好に補正し、高性能なズームレンズ１を提供することができる。そのため、可視域から近赤外域まで良好な描写の得られる撮像装置を実現することができる。
また、第４レンズ群Ｇ４を、該第４レンズ群Ｇ４内で最も大きい間隔を介して、物体側に第４ａレンズ群Ｇ４ａを配置し、像側に第４ｂレンズ群Ｇ４ｂを配置して構成した場合、大口径なズームレンズ１を達成するためには、第４ａレンズ群Ｇ４ａのレンズ構成が重要になる。そこで、第４ａレンズ群Ｇ４ａは、例えば、図１に示すように、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、正レンズＬ４ａ１、正レンズＬ４ａ２、正レンズＬ４ａ３、負レンズＬ４ａ４、樹脂レンズからなる負レンズＬ４ａ５、および、正レンズＬ４ａ６で構成することが望ましい。
この構成の第４ａレンズ群Ｇ４ａでは、多くの正レンズで分担して収差補正することにより、大口径でありながら、十分に収差を補正することができている。また、負レンズＬ４ａ４と樹脂の負レンズＬ４ａ５とを２枚用いることにより、樹脂の負レンズＬ４ａ５で温度変化によるピント移動を抑えつつ、各種収差を十分に補正することができる。このように、より高性能なズームレンズ１を提供することができるため、さらに高い解像力を有する高画質の撮像装置を実現することができる。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、より高性能にするためには、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式（７）中、Ｄ4aは
第４レンズ群Ｇ４内で最も大きい間隔を表し、Ｄ4は第４レンズ群Ｇ４の厚さを表す。
（７）０．２ ＜ Ｄ4a／Ｄ4 ＜ ０．４
上記条件式（７）を満足することにより、より高性能なズームレンズ１を提供することができる。そのため、さらに高い解像力を有する高画質の撮像装置を実現することができる。なお、第４ａレンズ群Ｇ４ａと第４ｂレンズ群Ｇ４ｂとは、比較的大きな間隔を有することにより、収差補正のバランスを図っている。条件式（７）が上限値以上であると、第４レンズ群Ｇ４が構成する各々のレンズのスペースがなくなり、収差補正が困難になるため好ましくない。一方、条件式（７）が下限値以下であると、第４ａレンズ群Ｇ４ａと第４ｂレンズ群Ｇ４ｂとの間隔が小さくなりすぎ、第４ａレンズ群Ｇ４ａと第４ｂレンズ群Ｇ４ｂとで図っている収差補正のバランスが困難になるため好ましくない。
さらに高性能なズームレンズ１を提供し、さらに高い解像力を有する高画質の撮像装置を実現するため、本発明の実施形態に係るズームレンズ１は、以下の条件式（８）および（９）を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式（８）および（９）中、ｆ1は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を表し、ｆ4は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を表し、ｆtは長焦点端における全系の焦点距離を表す。
（８）０．６ ＜ ｆ1／ｆt ＜ ０．９
（９）０．１ ＜ｆ4／ｆt ＜ ０．３
上記条件式（８）および（９）を満足することにより、ズーム域全体としての収差補正が可能となる。ここで、条件式（８）が上限値以上であると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなりすぎ、変倍するためには第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり大型化につながるため好ましくない。一方、条件式（８）が下限値以下であると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が短くなりすぎ、第１レンズ群Ｇ１内の収差補正が困難になるため好ましくない。また、条件式（９）が上限値以上であると、レンズ全長が長くなり大型化につながるため好ましくない。一方、条件式（９）が下限値以下であると、第４レンズ群Ｇ４内の収差補正が困難になるため好ましくない。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１は、第１レンズ群Ｇ１でフォーカシングすることが望ましい。このように第１レンズ群Ｇ１でフォーカシングすることにより、ズーム位置が変化してもピントがずれないメリットがある。また、長焦点端における温度変化によるピント位置変動に対し、第１レンズ群Ｇ１で再度フォーカシングする場合、フォーカシング時の移動量が小さくできる点もメリットとなる。また、このようにどのズーム位置においてもピント位置が変わらないズームレンズ１を提供することができるため、ズーム位置の変化によりフォーカスする必要がない撮像装置を実現することができる。
また、本発明の実施形態に係るズームレンズ１において、レンズの面に到達する光量を減少させる必要があるときには、絞りを小さくしてもよい。しかし、絞り径を大きく変えることなく、ＮＤフィルタ等により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。
また、本発明に係る撮像装置は、上述のようなズームレンズ１を撮影用光学系として有している。このズームレンズ１は、１６倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．０程度であり、構成枚数が１６程度で比較的安価であり、近赤外の波長域においても収差が十分に補正され、小型でかつ１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有する。このズームレンズ１を撮影光学系として使用することで、小型で高画質の撮像装置を提供することができるため、ユーザは携帯性に優れた撮像装置で高画質な画像を撮影することができる。
また、本発明に係る撮像装置は、上述のようなズームレンズ１を動画撮影用光学系として有している。このズームレンズ１は、１６倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．０程度であり、構成枚数が１６程度で比較的安価であり、近赤外の波長域においても収差が十分に補正され、小型でかつ１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有する。このズームレンズ１をカメラ機能部の動画撮影光学系として使用することで、小型で高画質であって動画が撮影できる撮影装置を提供することができるため、ユーザは携帯性に優れた撮像装置で高画質な動画を撮影することができる。
以下、本発明の各実施例を、図面に基づいて説明する。図１ないし図４は、本発明の第１実施形態ないし第４実施形態に係る実施例１ないし実施例４のズームレンズ１の構成を示す断面図である。これらの図に示すように、実施例１ないし実施例４に係るズームレンズ１は、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、から構成される。そして、短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｉに対して固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｉに対して固定であるため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。
実施例１ないし実施例４のズームレンズ１において、第４レンズ群Ｇ４の像面Ｉの側に配置される平行平板からなる光学要素は、光学ローパスフィルタ、紫外カットフィルタ等の各種フィルタや、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサまたはＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を想定したものである。ここでは、等価的な透明平行平板として、フィルタＦＧと総称することにする。また、絞りＳの物体側または像面Ｉの側に配置される平行平板からなる光学要素は、光量調整用のＮＤフィルタＦを想定したものである。
また、各実施例において用いている光学ガラスの硝材は、株式会社オハラ（ＯＨＡＲＡ）およびＨＯＹＡ株式会社（ＨＯＹＡ）の製品の光学硝種名で示している。レンズの材質は、樹脂レンズＬ４ａ５以外は、すべて光学ガラスとなっているが、これらに樹脂レンズを用いてもよい。
実施例１ないし実施例４のズームレンズ１における収差は、十分に補正されており、１００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。本発明の実施形態に従ってズームレンズ１を構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは、実施例１ないし実施例４より明らかである。
各実施例における共通の記号の意味は、以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ：Ｆナンバ
ω：半画角（度）
Ｒ：曲率半径（非球面については近軸曲率半径）
ｄ：面間隔
ｎd：屈折率
νd：アッベ数
Ｃ2：位相関数の２次係数
Ｃ4：位相関数の４次係数
Ｗｉｄｅ：短焦点端（広角端）
Ｍｅａｎ：中間焦点距離
Ｔｅｌｅ：長焦点端（望遠端）
各実施例において、曲率半径Ｒ＝∞は平面を表す。また、「＊（アスタリスク）」を付して示した面番号２（第２面）のレンズ面（負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面）が回折面である。回折面の焦点距離ｆ1doeは、位相関数の２次項の係数をＣ2としたとき、下記式で表される。
ｆ1doe＝−１／（２・Ｃ2）
また、回折格子の形状を、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）としたとき、以下の位相関数で表される。
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）（Ｃ2・ｈ2＋Ｃ4・ｈ4）
図１ないし図４に示す実施例１ないし実施例４に係るズームレンズ１の各レンズ群のレンズ構成を説明する。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１３とを、配置している。第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１１および正レンズＬ１２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、接合レンズを形成している。この第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合面に、積層型の回折光学素子を密着する。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ２１と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ２３とを配置している。第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２２および正レンズＬ２３の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、接合レンズを形成している。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側に像側より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ３１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ３２とを配置している。第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３１および正レンズＬ３２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、接合レンズを形成している。
第４レンズ群Ｇ４は、該第４レンズ群Ｇ４内で最も大きい間隔（図１ないし図４中のＤ4a）を介して、物体側に第４ａレンズ群Ｇ４ａを配置し、像側に第４ｂレンズ群Ｇ４ｂを配置している。第４ａレンズ群Ｇ４ａは、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、像側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ４ａ１と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ４ａ２と、像側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ４ａ３と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４ａ４と、樹脂レンズからなる負レンズＬ４ａ５と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ４ａ６とを配置している。第４ａレンズ群Ｇ４ａの正レンズＬ４ａ３および負レンズＬ４ａ４の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、接合レンズを形成している。樹脂レンズからなる負レンズＬ４ａ５は、実施例１、実施例２では、物体側に凹面を向けた平凹レンズであり、実施例３、実施例４では、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである。
第４ｂレンズ群Ｇ４ｂは、物体側から像面Ｉの側に向かって順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４ｂ１と、物体側に像面側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ４ｂ２と、を配置している。
また、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間には、絞りＳと、ＮＤフィルタＦとが配置され、これらは第４レンズ群Ｇ４と一体に保持されている。なお、実施例１、実施例４では、図１、図４に示すように、物体側に絞りＳを配置し、像側にＮＤフィルタＦを配置している。実施例２、実施例３では、図２、図３に示すように、物体側にＮＤフィルタＦを配置し、像側に絞りＳを配置している。
（実施例１）
以下に、図１に示す実施例１に係るズームレンズ１の数値例を示す。下記表１に、各光学要素の光学特性を示す。また、下記表２に、位相係数を示す。
実施例１において、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバ、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔Ａ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔Ｂ、および、第３レンズ群Ｇ３と絞りＳとの間の可変間隔Ｃは、短焦点端（広角端：Ｗｉｄｅ）から長焦点端（望遠端：Ｔｅｌｅ）へのズーミングに伴って変化する。下記表３に、実施例１での各々の変化量を示す。
条件式数値
（１）ｎd＝1.49700
（２）νd＝81.54
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.036
以上、正レンズＬ４ａ１，Ｌ４ａ２，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６（Ｓ−ＦＰＬ５１）
（４）ｆ pla／ｆ4＝-7.18
（５）ｆ pla／ｆw＝-18.81
（６）ｆ1doe ／ｆ1＝130.30
（７）Ｄ4a／Ｄ4＝0.25
（８）ｆ1／ｆt＝0.77
（９）ｆ4／ｆt＝0.17
また、図５ないし図７に、実施例１に係るズームレンズ１の短焦点端（広角端）、中間焦点距離、長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の各収差曲線図を示す。これらの収差図において、球面収差における実線は球面収差を示し、破線は正弦条件を示している。また、非点収差における実線はサジタル収差を示し、破線はメリディオナル収差を示している。また、細線はｄ線であり、太線はｇ線と波長λ＝８５０ｎｍの収差曲線図である。これらは、他の実施例に係る収差曲線図についても同様である。
図５ないし図７より明らかなように、実施例１のズームレンズ１では、収差が十分に補正されており、１００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。したがって、実施例１のようにズームレンズ１を構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは明らかである。
（実施例２）
以下に、図２に示す実施例２に係るズームレンズ１の数値例を示す。下記表４に、各光学要素の光学特性を示す。また、下記表５に、位相係数を示す。
実施例２において、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバ、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔Ａ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔Ｂ、および、第３レンズ群Ｇ３とＮＤフィルタＦとの間の可変間隔Ｃは、短焦点端（広角端：Ｗｉｄｅ）から長焦点端（望遠端：Ｔｅｌｅ）へのズーミングに伴って変化する。下記表６に、実施例２での各々の変化量を示す。
条件式数値
（１）ｎd＝1.49700
（２）νd＝81.54
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.036
以上、正レンズＬ４ａ１，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６（Ｓ−ＦＰＬ５１）
（１）ｎd＝1.43875
（２）νd＝94.94
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.057
以上、正レンズＬ４ａ２（Ｓ−ＦＰＬ５３）
（４）ｆ pla／ｆ4＝-5.08
（５）ｆ pla／ｆw＝-12.97
（６）ｆ1doe ／ｆ1＝125.95
（７）Ｄ4a／Ｄ4＝0.25
（８）ｆ1／ｆt＝0.74
（９）ｆ4／ｆt＝0.17
図８ないし図１０に、実施例２に係るズームレンズ１の短焦点端（広角端）、中間焦点距離、長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の各収差曲線図を示す。図８ないし図１０より明らかなように、実施例２のズームレンズ１では、収差が十分に補正されており、１００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。したがって、実施例２のようにズームレンズ１を構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは明らかである。
（実施例３）
以下に、図３に示す実施例３に係るズームレンズ１の数値例を示す。下記表７に、各光学要素の光学特性を示す。また、下記表８に、位相係数を示す。
実施例３において、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバ、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔Ａ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔Ｂ、および、第３レンズ群Ｇ３とＮＤフィルタＦとの間の可変間隔Ｃは、短焦点端（広角端：Ｗｉｄｅ）から長焦点端（望遠端：Ｔｅｌｅ）へのズーミングに伴って変化する。下記表９に、実施例３での各々の変化量を示す。
条件式数値
（１）ｎd＝1.49700
（２）νd＝81.54
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.036
以上、正レンズＬ４ａ１，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６（Ｓ−ＦＰＬ５１）
（１）ｎd＝1.53775
（２）νd＝74.70
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.026
以上、正レンズＬ４ａ２（Ｓ−ＦＰＭ３）
（４）ｆ pla／ｆ4＝-6.65
（５）ｆ pla／ｆw＝-16.87
（６）ｆ1doe ／ｆ1＝126.44
（７）Ｄ4a／Ｄ4＝0.23
（８）ｆ1／ｆt＝0.75
（９）ｆ4／ｆt＝0.17
図１１ないし図１３に、実施例３に係るズームレンズ１の短焦点端（広角端）、中間焦点距離、長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の各収差曲線図を示す。図１１ないし図１３より明らかなように、実施例３のズームレンズ１では、収差が十分に補正されており、１００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。したがって、実施例３のようにズームレンズ１を構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは明らかである。
（実施例４）
以下に、図４に示す実施例４に係るズームレンズ１の数値例を示す。下記表１０に、各光学要素の光学特性を示す。また、下記表１１に、位相係数を示す。
実施例４において、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバ、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔Ａ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔Ｂ、および、第３レンズ群Ｇ３と絞りＳとの間の可変間隔Ｃは、短焦点端（広角端：Ｗｉｄｅ）から長焦点端（望遠端：Ｔｅｌｅ）へのズーミングに伴って変化する。下記表１２に、実施例４での各々の変化量を示す。
条件式数値
（１）ｎd＝1.49700
（２）νd＝81.54
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.036
以上、正レンズＬ４ａ１，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６（Ｓ−ＦＰＬ５１）
（１）ｎd＝1.58522
（２）νd＝67.73
（３）Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３）＝0.018
以上、正レンズＬ４ａ２（Ｓ−ＦＰＭ２）
（４）ｆ pla／ｆ4＝-8.27
（５）ｆ pla／ｆw＝-20.76
（６）ｆ1doe ／ｆ1＝125.74
（７）Ｄ4a／Ｄ4＝0.21
（８）ｆ1／ｆt＝0.75
（９）ｆ4／ｆt＝0.17
図１４ないし図１６に、実施例４に係るズームレンズ１の短焦点端（広角端）、中間焦点距離、長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の各収差曲線図を示す。図１４ないし図１６より明らかなように、実施例４のズームレンズ１では、収差が十分に補正されており、１００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。したがって、実施例４のようにズームレンズ１を構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは明らかである。
また、上記実施例１ないし実施例４のズームレンズ１の温度変化によるデフォーカス変化を検証した。具体的には、温度変化による空気間隔の変化を、アルミの線膨張係数で計算した。そして、ガラスや樹脂の線膨張係数や屈折率変化を考慮し、２０℃から７０℃までの温度変化によるズームレンズ１のデフォーカス変化を計算した。その計算結果を以下に示す。この計算結果より、実施例１ないし実施例４のズームレンズ１は、温度変化によるデフォーカス変化が十分に小さい事が分かる。
実施例１
短焦点端のデフォーカス：+0.013mm
長焦点端のデフォーカス：+0.001mm
実施例２
短焦点端のデフォーカス：-0.023mm
長焦点端のデフォーカス：-0.036mm
実施例３
短焦点端のデフォーカス：+0.003mm
長焦点端のデフォーカス：-0.010mm
実施例４
短焦点端のデフォーカス：+0.023mm
長焦点端のデフォーカス：+0.011mm
（実施例５）
次に、実施例５として、上述した本発明に係る実施例１ないし実施例４等のズームレンズ１を撮影用光学系または動画撮影用光学系として採用して構成したカメラ（撮像装置）について、図１７および図１８を参照して説明する。実施例５では、図１７および図１８を用いてカメラとしてのデジタルカメラについて説明する。しかし、本願がデジタルカメラに限定されることはなく、動画撮影を主としたビデオカメラおよび在来の、いわゆる銀塩フィルムを用いるフィルムカメラ等を含む主として撮像専用の撮像装置にも、実施例１ないし実施例４のようなズームレンズ１を撮像用光学系として用いることができる。
また、このような撮像装置だけでなく、携帯電話機や、ＰＤＡ（personal data assistant）などと称される携帯情報端末装置、さらにはこれらの機能を含む、いわゆるスマートフォンやタブレット端末などの携帯端末装置を含む種々の情報装置に、デジタルカメラ等に相当する撮像機能が組み込まれることが多い。このような情報装置も、外観は若干異にするもののデジタルカメラ等と実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような情報装置に、上述した実施例１ないし実施例４のズームレンズ１を撮像用光学系として用いることができる。
図１７（ａ）または図１７（ｂ）に示すように、デジタルカメラ１００は、筐体（カメラボディ）１０５に、撮影レンズ（撮像レンズ）１０１、光学ファインダ１０２、ストロボ（電子フラッシュライト）１０３、シャッタボタン１０４、電源スイッチ１０６、液晶モニタ１０７、操作ボタン１０８、メモリカードスロット１０９およびズームスイッチ１１０等を装備している。さらに、図１８に示すように、デジタルカメラ１００は、筐体１０５内に、中央演算装置（ＣＰＵ）１１１、画像処理装置１１２、受光素子１１３、信号処理装置１１４、半導体メモリ１１５および通信カード等１１６を具備している。
デジタルカメラ１００は、撮影用光学系としての撮影レンズ１０１と、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）撮像素子またはＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等を用いてイメージセンサとして構成された受光素子１１３とを有しており、撮影レンズ１０１によって結像される被写体光学像を受光素子１１３によって読み取る。この撮影レンズ１０１として、上述した実施例１ないし実施例４のズームレンズ１を用いる。
受光素子１１３の出力は、中央演算装置１１１によって制御される信号処理装置１１４によって処理され、デジタル画像情報に変換される。信号処理装置１１４によってデジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置１１１によって制御される画像処理装置１１２において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ１１５に記録される。この場合、半導体メモリ１１５は、メモリカードスロット１０９に装填されたメモリカードでもよく、デジタルカメラ本体にオンボードで内蔵された半導体メモリでもよい。液晶モニタ１０７には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ１１５に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ１１５に記録した画像は、通信カードスロット（明確には図示していないが、メモリカードスロット１０９と兼用してもよい）に装填した通信カード等１１６を介して外部へ送信することも可能である。
撮影レンズ１０１は、カメラの携帯時には、その対物面がレンズバリア（明確には図示していない）により覆われており、ユーザが電源スイッチ１０６を操作して電源を投入すると、レンズバリアが開き、対物面が露出する構成とする。このとき、撮影レンズ１０１の鏡胴の内部では、ズームレンズ１を構成する各群の光学系が、例えば短焦点端（広角端）の配置となっており、ズームスイッチ１１０を操作することによって、各群光学系の配置が変更されて、中間焦点距離を経て長焦点端（望遠端）への変倍動作を行うことができる。
なお、光学ファインダ１０２の光学系も撮影レンズ１０１の画角の変化に連動して変倍するようにすることが望ましい。多くの場合、シャッタボタン１０４の半押し操作により、フォーカシングがなされる。本発明に係る実施例１ないし実施例４のズームレンズ１におけるフォーカシングは、ズームレンズ１を構成する複数群の光学系の一部の群の移動によって行うことができる。シャッタボタン１０４を更に押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
半導体メモリ１１５に記録した画像を液晶モニタ１０７に表示させたり、通信カード等１１６を介して外部へ送信させたりする際には、操作ボタン１０８を所定のごとく操作する。半導体メモリ１１５および通信カード等１１６は、メモリカードスロット１０９および通信カードスロット等のような、それぞれ専用または汎用のスロットに装填して使用される。
なお、撮影レンズ１０１が沈胴状態にあるときには、結像レンズの各群は必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、沈胴時に第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の少なくとも一方が光軸上から退避して、その他のレンズ群と並列的に収納されるような機構とすれば、デジタルカメラのさらなる薄型化を実現することができる。
上述したデジタルカメラ（カメラ）のような撮像装置または同様の撮像機能を有する情報装置には、既に述べた通り、本願の実施形態に係る実施例１ないし実施例４のようなズームレンズ１を用いて構成した撮影レンズ１０１を撮影用光学系として使用することができる。したがって、１６倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．０程度であり、構成枚数が１６程度で比較的安価であり、近赤外の波長域においても収差が十分に補正され、１００万〜５００万画素の撮像素子を使用した、高画質で小型のデジタルカメラのような撮像装置または同様の撮像機能を有する携帯情報端末装置等の情報装置を実現することができる。また、実施例１ないし実施例４のズームレンズ１の構成は、在来の銀塩フィルムカメラの撮影レンズや投影機の投射レンズとしても応用が可能である。
以上、本願のズームレンズおよび撮像装置を各実施例に基づき説明してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本願の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施例に限定されることはなく、本願を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
１ ズームレンズ １０１ 撮影レンズ（撮影用光学系、動画撮影用光学系）
１００ デジタルカメラ（撮像装置）
Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群 Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群 Ｇ４ａ 第４ａレンズ群 Ｇ４ｂ 第４ｂレンズ群
Ｌ４ａ１，Ｌ４ａ２，Ｌ４ａ３，Ｌ４ａ６ 正レンズ
Ｌ４ａ４ 負レンズ Ｌ４ａ５ 樹脂レンズからなる負フレンズ
Ｌ４ｂ１ 負レンズ Ｌ４ｂ２ 正レンズ Ｉ 像面
特開昭６０−１２６６１８号公報 特開昭６１−２０４６１０号公報 特開平４-８８３１０号公報

Claims (10)

  1. 物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、および、正の屈折力を有する第４レンズ群で構成され、
    短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第１レンズ群は像面に対して固定であり、前記第２レンズ群は像側に移動し、前記第３レンズ群は移動し、前記第４レンズ群は像面に対して固定であるズームレンズであって、
    前記第４レンズ群は、該第４レンズ群内で最も大きい間隔を介して、物体側に第４ａレンズ群を配置し、像側に第４ｂレンズ群を配置して構成され、前記第４ａレンズ群は、負の屈折力を有する樹脂レンズを１枚のみと、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズ、を有し、
    前記第４レンズ群に含まれる前記正レンズのうち、少なくとも１枚が、
    該正レンズの屈折率をｎdとし、該正レンズのアッベ数をνdとし、該正レンズを構成する材料のｇ線に対する屈折率をｎg、Ｆ線に対する屈折率をｎF、Ｃ線に対する屈折率をｎCとしたときに、（ｎg−ｎF）／（ｎF−ｎC）で求まる値を該正レンズの部分分散比Ｐg,Fとしたとき、以下の条件式
    １．４０ ＜ ｎd ＜ １．６５
    ６５．０ ＜ νd ＜ １００．０
    ０．０１５ ＜ Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３） ＜ ０．０６０
    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前記樹脂レンズの焦点距離をｆ plaとし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ4としたとき、以下の条件式
    −１２．０ ＜ ｆ pla／ｆ4 ＜ −３．０
    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レンズ群は回折面を有し、前記回折面の焦点距離をｆ1doeとし、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ1としたとき、以下の条件式
    ５０ ＜ ｆ1doe ／ｆ1 ＜ ２００
    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４レンズ群は、該第４レンズ群内で最も大きい間隔を介して、物体側に第４ａレンズ群を配置し、像側に第４ｂレンズ群を配置して構成され、前記第４ａレンズ群に含まれる正レンズの少なくとも２枚が、以下の条件式
    １．４０ ＜ ｎd ＜ １．６５
    ６５．０ ＜ νd ＜ １００．０
    ０．０１５ ＜ Ｐg,F−（−０．００１８０２・νd＋０．６４８３） ＜ ０．０６０
    を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第４ａレンズ群は、物体側から像面側に向かって順に、正レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、樹脂レンズからなる負レンズ、および、正レンズで構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第４レンズ群内で最も大きい間隔をＤ4aとし、前記第４レンズ群の厚さをＤ4としたとき、以下の条件式
    ０．２ ＜ Ｄ4a／Ｄ4 ＜ ０．４
    を満足することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ1とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ4とし、長焦点端の焦点距離をｆtとしたとき、以下の条件式
    ０．６ ＜ ｆ1／ｆt ＜ ０．９
    ０．１ ＜ ｆ4／ｆt ＜ ０．３
    を満足することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  8. 前記第１レンズ群でフォーカシングすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とする撮像装置。
  10. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のズームレンズを、動画撮影用光学系として有することを特徴とする撮像装置。
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