JP6425481B2 - 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、監視カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ等の撮像装置に用いる撮像光学系として好適なものである。

固体撮像素子を用いた撮像装置に用いられる撮像光学系には、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、しかも広画角、高ズーム比のズームレンズであることが要望されている。

またカメラのときには携帯性や、監視カメラ等のときには設置性等の観点等から全系が小型の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、最も物体側に負の屈折力のレンズ群が配置された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、物体側より像側へ順に、負、正、負の屈折力の第１レンズ群乃至第３レンズ群より構成され、ズーミングに際してすべての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１，２）。

特開２００４−３３３５７２号公報 特開２００７−２３３０４５号公報

前述したネガティブリード型の３群ズームレンズは、全系の小型化を図りつつ、広画角化かつ高ズーム比化を図るのが比較的容易である。しかしながらそのような特徴のある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等を適切に設定することが重要になってくる。

例えば広角端と望遠端における第２レンズ群の結像倍率、広角端と望遠端における第３レンズ群の結像倍率、第１，第２，第３レンズ群の屈折力、そして第１レンズ群や第２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。これらの構成が不適切であると、全系の小型化を図りつつ、広画角、高ズーム比で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。例えば特許文献１はズーム比が４倍程度であり、必ずしも高ズーム比のズームレンズとは言えない。また特許文献２もズーム比が３倍程度であり、必ずしも高ズーム比のズームレンズとは言えない。

本発明は、レンズ系全体が小型、広画角、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られ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。

本発明の一側面としてのズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、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ように各レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第２レンズ群は複数の正レンズを有し、
広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記複数の正レンズのアッベ数の平均値をνｄ２ｐとするとき、
２．７＜β２ｔ／β２ｗ＜５．０
０．５２＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．９０
６２．０＜νｄ２ｐ
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明の他の側面としてのズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、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ように各レンズ群が移動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が接合されて成る接合レンズを含み、
広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記正レンズのアッベ数をνｄ１ｐ、前記負レンズのアッベ数をνｄ１ｎとするとき、
２．７＜β２ｔ／β２ｗ＜５．０
０．５２＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．９０
２７．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜５０．０
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、レンズ系全体が小型で、広画角、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られるズームレンズが得られる。

（Ａ）、（Ｂ） 実施例１の広角端および望遠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 本発明のデジタ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、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成されている。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ように各レンズ群が移動する。

図１（Ａ）、（Ｂ）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）と望遠端（長焦点距離端）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、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比６．２、開口比２．０５〜６．５４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６．８、開口比２．０３〜５．９６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９．４、開口比１．９９〜７．０８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１１．５、開口比２．０２〜７．６９のズームレンズである。図９は、本発明のズームレンズを有するデジタルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。図１０は本発明のズームレンズを有する監視カメラ（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は負の屈折力の第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３レンズ群Ｌ３に関する矢印３ａは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際しての移動軌跡を示す。また矢印３ｂは無限遠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。第３レンズ群Ｌ３に関する矢印Ｆは近距離から無限遠へのフォーカシングに際しての移動方向を示している。尚、フォーカシングは第３レンズ群Ｌ３の全部又は一部のレンズ系で行っても良い。

収差図のうち、球面収差図においては、ｄはｄ線、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、ΔＭはメリディオナル像面、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）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。

各実施例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、負の屈折力の第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。広角端から望遠端へのズーミングに際しては各レンズ群が矢印の如く移動する。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は像側に凸状の軌跡で移動する。即ち像側へ移動した後に物体側へ移動する。第２レンズ群Ｌ２は単調に物体側に移動し、第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動する。

開口絞りＳＰに関しては、第２レンズ群Ｌ２の前方または第２レンズ群Ｌ２中に設置しており、ズーミングにおいて第２レンズ群と一体で移動させている。開口絞りＳＰをズーミングに際して独立に移動させる構成としても良い。即ち開口絞りＳＰを第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３のいずれとも異なる軌跡で移動させても良い。これによればフレア光線をカットするのが容易になる。また第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３の変倍ための移動軌跡に関し、好ましくは、広角端から望遠端への変倍においていずれも像面側から物体側に同じ方向に単調移動させる軌跡が良い。これにより、移動軌跡範囲を共有させやすくなりレンズ全長を短縮しつつ、全系の小型化が容易になる。

各実施例のズームレンズにおけるズームタイプは、少ないレンズ群構成で小型化に有利なネガティブリードタイプとしつつ、隣り合うレンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うために好適なレンズ構成としている。広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３（ともにバリエーター、変倍レンズ群）を移動させることにより行い、変倍を行っている。そして変倍に伴う像面変動を第１レンズ群Ｌ１（コンペンセーター、補正レンズ群）で補正している。

さらに、各レンズ群の移動に関しては、第２レンズ群Ｌ２の変倍（広角端と望遠端の横倍率比）作用に加え、第３レンズ群Ｌ３においても積極的に変倍効果を持たせている。これにより、ズーミングに際してのレンズ群の移動量の増大を軽減しつつ、全系の小型化を維持しながら高ズーム比化を図っている。

フォーカシングに際しては、第３レンズ群Ｌ３が移動する。具体的には無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、第３レンズ群Ｌ３は像側へ移動する。これは、レンズ径を小さくしやすい第３レンズ群Ｌ３で行うことによりフォーカス駆動のためのレンズ鏡筒の構成を小さくして、撮像装置としての小型化に好適な構成としている。

各実施例において、広角端と望遠端における第２レンズ群Ｌ２の横倍率を各々β２ｗ，β２ｔとする。広角端と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率を各々β３ｗ，β３ｔとする。このとき、
２．７＜β２ｔ／β２ｗ＜５．０ ・・・（１）
０．５２＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．９０ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

条件式（１）は広角端と望遠端における第２レンズ群Ｌ２の横倍率比を適切に設定している。条件式（２）は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端における好ましい横倍率比、すなわち変倍分担の条件を適切に設定したものである。各実施例のズームレンズでは高ズーム比化を図るため、変倍分担を第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３に振り分け、ズーミングに際しての移動量を抑え（レンズ全長を抑制し）て、全系の小型化を図っている。そのためにまずズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動により変倍比を一定量確保しつつ、第３レンズ群Ｌ３の変倍比を効果的に得ている。

条件式の（１）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２による変倍分担が大きすぎると、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量が増大し、レンズ全長が増大して全系の小型化が困難になる。条件式（１）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２による変倍分担が小さくなりすぎると、その代わりに第３レンズ群Ｌ３で変倍効果を得なければならず、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が増大し、全系の小型化が困難になる。

条件式（２）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなり過ぎると、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなる。また諸収差が多く発生し、これを補正するためにレンズの枚数を増やせねばならず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の変倍分担が大きくなり過ぎると、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大し、全系の小型化が困難になる。

更に好ましくは条件式（１），（２）の数値範囲を以下の如く限定するのが良い。
２．８＜β２ｔ／β２ｗ＜４．８ ・・・（１ａ）
０．５３＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．８５ ・・・（２ａ）
また更に好ましくは条件式（１ａ），（１ｂ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
２．９＜β２ｔ／β２ｗ＜４．６ ・・・（１ｂ）
０．５４＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．７５ ・・・（２ｂ）

以上のような構成をとることにより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のズームレンズが容易に得られる。各実施例において、更に好ましくは以下の条件式のうち少なくとも１つを満足するのが良い。

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。第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。広角端におけるズームレンズ（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は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを含み、接合レンズの正レンズのアッベ数をνｄ１ｐ、接合レンズの負レンズのアッベ数をνｄ１ｎとする。第２レンズ群Ｌ２は複数の正レンズを有し、複数の正レンズのアッベ数の平均値をνｄ２ｐとする。

このとき次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
−１．６＜（ｆ２・ｆ３）／（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３ ・・・（３）
−１．０８＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．６０ ・・・（４）
−１．３０＜ｆ２／ｆ３＜−０．５０ ・・・（５）
２７．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜５０．０ ・・・（６）
６２．０＜νｄ２ｐ ・・・（７）
−０．８５＜ｆ３／ｆｔ＜−０．１０ ・・・（８）

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）は、第２レンズ群Ｌ２及び第３レンズ群Ｌ３の屈折力を適切に設定している。第２レンズ群Ｌ２及び第３レンズ群Ｌ３は、ともに増倍効果を担うレンズ群である。このため、２つのレンズ群の屈折力を適切に設定して、全系の小型化を維持しつつ高ズーム比化を図っている。

条件式（３）の上限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の合計の屈折力が強くなりすぎると、球面収差やコマ収差などの諸収差が増加してくる。条件式（３）の下限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の合計の屈折力が弱くなりすぎると、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の移動量が増加し、レンズ全長が増加してくる。

好ましくは条件式（３）の数値範囲を、以下の如く設定するのが良い。
−１．５５＜（ｆ２・ｆ３）／（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３５ ・・・（３ａ）
更に好ましくは条件式（３ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−１．５５＜（ｆ２・ｆ３）／（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．４０ ・・・（３ｂ）
条件式（４）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離に関する。条件式（４）はズーミングに際しての第１レンズ群Ｌ１の移動量を少なくしつつ、変倍に伴う像面変動を補正する（コンペンセーター）ための屈折力を適切に設定している。

条件式（４）の上限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなり過ぎると、歪曲収差や像面湾曲が増大してくる。条件式（４）の下限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が弱くなり過ぎると、ズーミングに際しての移動量が増大し、かつ前玉有効径も増大し、全系の小型化が困難になる。好ましくは、条件式（４）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
−１．０７＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．６５ ・・・（４ａ）
更に好ましくは条件式（４ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−１．０６＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．７０ ・・・（４ｂ）

条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の屈折力の比を適切に設定したものである。条件式（５）の上限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなると（負の屈折力が弱くなると）、第３レンズ群Ｌ３に所定の変倍効果を持たせるため、ズーミングに際して移動量を大きくする必要がある。そうすると、レンズ全長が増大してくるので好ましくない。条件式（５）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の焦点距離が短くなると（負の屈折力が強くなると）、非点収差、像面湾曲など諸収差が増大し、これらの諸収差の補正が困難になる。

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。
−１．２０＜ｆ２／ｆ３＜−０．５５ ・・・（５ａ）
更に好ましくは条件式（５ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−１．００＜ｆ２／ｆ３＜−０．６０ ・・・（５ｂ）

条件式（６）は第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズと負レンズを接合した接合レンズの正レンズの材料と負レンズの材料を規定したものである。条件式（６）は全系の小型化を図りつつ、色収差を良好に補正するために、第１レンズ群Ｌ１に含まれる接合レンズの材料を適切に設定したものである。接合レンズを採用することにより、特に広角端において倍率色収差を望遠端において軸上色収差を良好に補正している。なお、材料のアッベ数νｄは以下のように定義される。

ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄ、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をｎＣとする。このとき、アッベ数νｄは
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
である。

条件式（６）の上限値を超えて、アッベ数の差が大きくなりすぎると、色収差が過剰補正となる。条件式（６）の下限値を超えて、アッベ数の差が小さくなると色収差が補正不足になってくる。好ましくは条件式（６）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
３０．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜４７．０ ・・・（６ａ）
更に好ましくは条件式（６ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
３２．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜４５．０ ・・・（６ｂ）

条件式（７）は高ズーム比化を図る際に生ずる色収差を補正するために、変倍用の第２レンズ群Ｌ２に含まれる複数の正レンズの材料に関して規定したものである。条件式（７）はズーミングに際しての軸上色収差の変動を軽減するためのものである。条件式（７）の下限値を超えると、色収差が補正不足となる。特に望遠端において軸上色収差が増大してくる。好ましくは条件式（７）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。

６４．０＜νｄ２ｐ ・・・（７ａ）
更に好ましくは条件式（７ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
６６．０＜νｄ２ｐ ・・・（７ｂ）

条件式（８）は第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力に関し、主に一定以上の変倍効果を得るためのものである。条件式（８）の上限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強くなり過ぎると、非点収差やコマ収差などの諸収差が増大してくる。条件式（８）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が弱くなり過ぎると、ズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３の移動量が増大し、全系が大型化してくる。好ましくは条件式（８）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。

−０．７５＜ｆ３／ｆｔ＜−０．１５ ・・・（８ａ）
更に好ましくは条件式（８ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．６５＜ｆ３／ｆｔ＜−０．１８・・・（８ｂ）
以上のように各実施例によればズーム比６〜１２程度で全系が小型で高い光学性能を有するズームレンズが容易に得られる。

本発明のズームレンズに係る各レンズ群のレンズ構成は次のとおりである。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に、像側の面が凹形状の負レンズ、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとを接合した接合レンズより構成されている。又は第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に、像側の面が凹形状の負レンズ、物体側が凸形状の正レンズ、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとを接合した接合レンズより構成されている。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成されている。又は第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成されている。又は第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズより構成されている。第３レンズ群Ｌ３は１つの負レンズから構成されている。

又は第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズから構成されている。又は第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、正レンズから構成されている。

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）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、像側が凹形状の負レンズＧ１２、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３により成っている。負レンズＧ１２と正レンズＧ１３は接合した接合レンズよりなり、双方の材料のアッベ数の差をとることにより色収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２２、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２３、両凸形状のＧ２４により成っている。負レンズＧ２２と正レンズＧ２３は接合した接合レンズより双方の材料のアッベ数の差を大きくとることにより色収差を良好に補正している。

このとき正レンズＧ２１の両レンズ面、正レンズＧ２３の像側のレンズ面は非球面形状である。Ｆナンバーを決定する軸上光束が広がる第２レンズ群Ｌ２に非球面を適切に配置し、大口径化に伴う増大する球面収差を良好に補正している。また第２レンズ群Ｌ２の正レンズには（アッベ数が７０を超えるような）低分散ガラスを使用しており、色収差を良好に補正している。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１により成っている。

（実施例２）
第１レンズ群Ｌ１は、実施例１と同様である。第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２２、物体側が凸でメニスカス負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２５により成っている。正レンズＧ２２、負レンズＧ２３および正レンズＧ２４は接合した接合レンズよりなり、色収差を良好に補正している。

このとき正レンズＧ２１は両面が非球面形状、正レンズＧ２４は像側の面が非球面形状である。正レンズＧ２５には（アッベ数が８０を超えるような）超低分散ガラスを使用しており、軸上色収差をより良好に補正している。

第３レンズ群Ｌ３は、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１、両凸形状の正レンズＧ３２、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３３、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ３４により成っている。このとき正レンズＧ３２および負レンズＧ３３は接合した接合レンズよりなっている。第３レンズ群Ｌ３は、少なくとも正レンズと負レンズをそれぞれ１つ以上有する構成とし、収差を良好に補正しつつ変倍分担を持たせている。

（実施例３）
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、両凸形状の正レンズＧ２１、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２２、両凸形状の正レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。負レンズＧ２２と正レンズＧ２３は接合した接合レンズよりなっている。正レンズＧ２１は両面が非球面形状、正レンズＧ２３は像側の面が非球面形状である。第３レンズ群Ｌ３は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１、像側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３２、両凸形状の正レンズＧ３３により成っている。

（実施例４）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１２、両凹形状の負レンズＧ１３、物体側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は接合された接合レンズよりなっている。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２２、両凸形状の正レンズＧ２３、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２４、像側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２５により成っている。このとき正レンズＧ２１は両面が非球面形状であり、正レンズＧ２３は像側の面が非球面形状であり、正レンズＧ２５は両面が非球面形状である。負レンズＧ２２と正レンズＧ２３は接合された接合レンズよりなっている。

正レンズＧ２４には超低分散ガラスを使用している。正レンズＧ２５は両レンズ面が非球面形状でプラスチックよりなり、ガラスに比べて軽量となる。またプラスチック材料よりなる正レンズＧ２５の焦点距離をｆｐとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
３．５＜ｆｐ／ｆ２ ・・・（Ａ）
これによれば環境（温度変化）によるピント変動を軽減することが容易となる。更に好ましくは条件式（Ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
４．０＜ｆｐ／ｆ２ ・・・（Ａａ）

プラスチックは温度に依存する屈折率の変化がガラスよりも大きいため、レンズの屈折力を弱くし非球面による効果を優先させている。第３レンズ群Ｌ３は、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３２、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ３３により成っている。このとき負レンズＧ３２は両面が非球面形状であり、これにより非点収差など軸外収差を良好に補正している。実施例１乃至４においては、適宜他のガラスよりなるレンズにおいても非球面を使用する構成としても良い。また、適宜プラスチック材よりなり非球面を使用する構成としても良い。

次に本発明のズームレンズを撮像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９を用いて説明する。

図９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は液晶等ディスプレイパネルによって構成され、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像光学系として用いた監視カメラ（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、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は撮影した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、各実施例によれば小型かつ高倍であり全ズーム範囲にわたり高い光学性能となる、広画角で明るい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。

なお各実施例においては以下のような手段構成をとっても良い。
・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を独立に移動させる構成とすること。
・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。
・電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差などを補正すること。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態や光学仕様（画角やＦｎｏ）に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

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。

数値実施例２においてｄ８の値がマイナスになっているのは開口絞りＳＰ、第２２レンズＧ２２と順に記載したためである。数値実施例４においてｄ８の値がマイナスになっているのは開口絞りＳＰ、第２１レンズＧ２１と順に記載したためである。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０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
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。

「ｅ−ｚ」は「１０^-z」を意味する。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のレンズ面から像面までの空気換算距離で示している。レンズ全長は第１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値である。画角に関しては、歪曲量を考慮した撮影可能画角に関する半画角（ω）の数値である。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]

面番号 r d nd νd
1* 13.471 0.9 1.85135 40.1
2* 8.009 3.72
3 ∞ 0.65 1.69680 55.5
4 9.203 2.12 1.95906 17.5
5 13.086 (可変)
6* 50.198 1.96 1.55332 71.7
7* -10.739 3.3
8（絞り) ∞ 0.43
9 11.603 0.45 1.91082 35.3
10 4.587 2.64 1.55332 71.7
11* 19.112 3.5
12 14.375 2 1.60311 60.6
13 -11.117 (可変)
14 -5.59 0.5 1.59522 67.7
15 -17.567 (可変)
16 ∞ 1 1.51633 64.1
17 ∞ 1.26

非球面データ
第1面
K =-1.57310e-001 A 4=-7.10544e-004 A 6= 1.18537e-005
A 8=-9.11729e-008 A10= 3.27074e-010
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.88744e-004 A 6= 1.10941e-005
A 8=-7.13643e-008
第6面
K = 9.06874e+001 A 4=-7.55455e-004 A 6=-3.97438e-006
A 8=-4.64585e-007
第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.45568e-004 A 6=-7.35782e-007
A 8=-3.70781e-007 A10= 2.11130e-009
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.19524e-004 A 6=-1.22533e-005
A 8= 5.36529e-007 A10=-5.74455e-008

各種データ
ズーム比 6.2
広角 中間 望遠
焦点距離 4.2 14.59 26.06
Ｆナンバー 2.05 4.12 6.54
半画角（度）41.9 15.2 8.5
像高 3.1 3.88 3.88
レンズ全長 58.17 46.19 52.00
BF 3.58 12.92 22.17

間隔 広角 中間 望遠
d 5 27.62 5.54 1.24
d13 4.8 5.56 6.41
d15 1.66 11 20.25


各群焦点距離
1群 -11.0
2群 11.6
3群 -14.0

[数値実施例２]

面番号 r d nd νd
1* 96.381 0.9 1.85135 40.1
2* 14.507 2.21
3 ∞ 0.65 1.69680 55.5
4 11.067 1.98 1.95906 17.5
5 17.063 (可変)
6* 84.063 1.99 1.55332 71.7
7* -16.512 4.28
8(絞り) ∞ -0.67
9 17.324 1.35 1.60300 65.4
10 43.644 0.45 1.91082 35.3
11 12.634 2.88 1.55332 71.7
12* -18.604 0.15
13 8.503 1.88 1.49700 81.5
14 36.559 (可変)
15 10.019 0.64 1.91082 35.3
16 4.983 4.34
17 464.201 1.92 1.69895 30.1
18 -5.824 0.5 1.88300 40.8
19 -59.792 1.06
20 8.605 2 1.49700 81.5
21 13.039 (可変)
22 ∞ 1 1.51633 64.1
23 ∞ 1.43

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.23100e-005 A 6= 3.49740e-007
A 8= 5.94687e-009 A10=-4.66633e-011
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.24971e-005 A 6= 3.37915e-007
A 8= 7.70778e-009
第6面
K = 9.41499e+001 A 4=-3.64570e-004 A 6= 5.93647e-007
A 8=-4.98713e-008 A10= 3.47042e-009
第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.11236e-004 A 6= 1.62728e-006
A 8=-6.23806e-008 A10= 3.49706e-009
第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.44714e-004 A 6= 1.48629e-007
A 8=-8.47978e-010 A10= 8.00274e-011


各種データ
ズーム比 6.8
広角 中間 望遠
焦点距離 5.4 19.86 36.69
Fナンバー 2.03 3.92 5.96
半画角（度）42.4 13.5 7.3
像高 4.00 4.65 4.65
レンズ全長 61.65 51.56 60.11
BF 3.65 15.13 26.79

間隔 広角 中間 望遠
d 5 28.68 5.72 1.39
d14 0.82 2.21 3.42
d21 1.56 13.04 24.7


各群焦点距離
1群 -11.4
2群 9.6
3群 -12.9

[数値実施例３]

面番号 r d nd νd
1* 46.57 0.9 1.85135 40.1
2* 11.503 3.15
3 1000 0.65 1.69680 55.5
4 11.399 2.05 1.95906 17.5
5 19.75 (可変)
6* 58.855 2.59 1.55332 71.7
7* -10.647 0.15
8(絞り) ∞ 4.08
9 90.954 0.45 1.91082 35.3
10 9.777 3.4 1.55332 71.7
11* -25.474 1.06
12 11.496 2.31 1.49700 81.5
13 -19.314 (可変)
14 6.295 0.44 1.91082 35.3
15 4.75 4.2
16 -6.158 0.5 1.69680 55.5
17 -19.424 0.15
18 24.912 0.76 1.80809 22.8
19 -88.944 (可変)
20 ∞ 1 1.51633 64.1
21 ∞ 1.77

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.02648e-004 A 6= 1.12348e-005
A 8=-9.66643e-008 A10= 3.03386e-010
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.26523e-004 A 6= 9.96940e-006
A 8= 9.13538e-009
第6面
K = 9.77946e+001 A 4=-4.22650e-004 A 6=-2.34107e-006
A 8= 4.39550e-008 A10=-1.20674e-009
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.03980e-005 A 6=-9.59450e-007
A 8= 3.55531e-008
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.16099e-004 A 6= 1.37523e-006
A 8=-3.32856e-008 A10= 2.07776e-010


各種データ
ズーム比 9.4
広角 中間 望遠
焦点距離 4.2 20.7 39.53
Fナンバー 1.99 4.4 7.08
半画角（度） 42.6 10.7 5.6
像高 3.15 3.88 3.88
レンズ全長 66.18 62.26 64.07
BF 3.58 18.43 33.36

間隔 広角 中間 望遠
d 5 34.87 5.03 0.91
d13 0.89 1.96 2.95
d19 1.15 16 30.93


各群焦点距離
1群 -11.6
2群 11.0
3群 -13.1

[数値実施例４]
面番号 r d nd νd
1* 22.136 1.15 1.69350 53.2
2* 9.914 3.45
3 23.287 1.65 1.91082 35.3
4 47.669 2.36
5 -28.123 0.65 1.69680 55.5
6 15.173 1.66 1.95906 17.5
7 20.577 (可変)
8(絞り) ∞ -0.2
9* 30.833 2.32 1.55332 71.7
10* -15.179 1.78
11 18.225 0.45 1.83481 42.7
12 6.666 3.09 1.55332 71.7
13* -59.927 0.15
14 10.213 1.88 1.49700 81.5
15 282.508 0.57
16* -35.319 1.3 1.52996 55.8
17* -13.645 (可変)
18 9.673 0.44 1.91082 35.3
19 4.677 4.83
20* -7.801 0.55 1.69350 53.2
21* -13.017 0.15
22 11.137 0.74 1.80809 22.8
23 21.084 (可変)
24 ∞ 1 1.51633 64.1
25 ∞ 1.65

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.51256e-004 A 6= 6.04592e-006
A 8=-2.65084e-008 A10= 4.35018e-011
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.78199e-004 A 6= 5.62383e-006
A 8=-2.04618e-008 A10= 2.79823e-010
第9面
K = 2.48691e+001 A 4=-3.71902e-004 A 6=-1.05364e-006
A 8= 1.04323e-007 A10=-2.80408e-009
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.65726e-005 A 6= 6.74462e-007
A 8= 6.20196e-008
第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.85427e-004 A 6= 1.82032e-006
A 8= 4.56771e-008
A10=-1.14495e-009
第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.85001e-005 A 6= 9.63450e-007
A 8=-6.99446e-009
第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-7.21698e-006 A 6=-2.61393e-006
A 8= 3.07166e-008
第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.19959e-004 A 6= 6.93449e-006
A 8= 1.17496e-007
第21面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.65551e-004 A 6= 1.01530e-005

各種データ ズーム比 11.5
広角 中間 望遠
焦点距離 4.3 25.13 49.49
Fナンバー 2.02 4.7 7.69
半画角（度） 41.0 8.8 4.5
像高 3.1 3.88 3.88
レンズ全長 74.16 55.84 69.05
BF 3.56 19.84 36.32

間隔 広角 中間 望遠
d 7 40.92 5.2 1.02
d17 0.7 1.82 2.73
d23 1.25 17.53 34.01

各群焦点距離
1群 -12.9
2群 9.2
3群 -10.9

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (18)

1. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、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ように各レンズ群が移動するズームレンズであって、
   前記第２レンズ群は複数の正レンズを有し、
   広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記複数の正レンズのアッベ数の平均値をνｄ２ｐとするとき、
   ２．７＜β２ｔ／β２ｗ＜５．０
   ０．５２＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．９０
   ６２．０＜νｄ２ｐ
   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２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｗ、望遠端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｔとするとき、
   −１．６＜（ｆ２・ｆ３）／（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３
   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、広角端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｗ、望遠端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｔとするとき、
   −１．０８＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．６０
   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。
4. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   −１．３０＜ｆ２／ｆ３＜−０．５０
   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レンズ群は、正レンズと負レンズとが接合されて成る接合レンズを含み、該接合レンズにおける正レンズのアッベ数をνｄ１ｐ、該接合レンズにおける負レンズのアッベ数をνｄ１ｎとするとき、
   ２７．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜５０．０
   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. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、望遠端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｔとするとき、
   −０．８５＜ｆ３／ｆｔ＜−０．１０
   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. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、像側の面が凹形状の負レンズ、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとが接合されて成る接合レンズより構成されることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、像側の面が凹形状の負レンズ、物体側が凸形状の正レンズ、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとが接合されて成る接合レンズより構成されることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
11. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. 前記第３レンズ群は、一つの負レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
13. 前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
14. 前記第３レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズ、負レンズ、正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
15. 広角端から望遠端までのズーミングに際して、前記第１レンズ群は像側に移動した後に物体側へ移動し、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群は共に物体側へ移動することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
16. ズーミングに際して、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群のいずれとも異なる軌跡で移動する開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
17. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、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ように各レンズ群が移動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とが接合されて成る接合レンズを含み、
    広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記正レンズのアッベ数をνｄ１ｐ、前記負レンズのアッベ数をνｄ１ｎとするとき、
    ２．７＜β２ｔ／β２ｗ＜５．０
    ０．５２＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．９０
    ２７．０＜νｄ１ｐ−νｄ１ｎ＜５０．０
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
18. 請求項１乃至１７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。