JP7009134B2 - 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及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、車載カメラ、放送用カメラ等の撮像素子を用いた撮像装置に用いられる撮像光学系として好適なものである。

デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系には、光学性能が良好であること、レンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの距離）が短くて全系が小型なズームレンズであることが要求される。更に、高速なフォーカシングが容易なズームレンズであること等が求められている。

高速なフォーカシングが容易なズームレンズとして、最も物体側の第１レンズ群より像側の小型、軽量のレンズ群を用いてフォーカシングを行ったインナーフォーカス式のズームレンズが知られている。

この他、監視カメラや車載カメラなどに用いられるズームレンズには、死角の少ない撮像が容易な広画角の例えば魚眼ズームレンズであることが要望されている。従来、広画角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、正の屈折力の第２レンズ群を有し、最短焦点距離（広角端）において９０度程度の撮像半画角を有するズームレンズが知られている（特許文献１乃至３）。

特開２００４－２４００２３号公報 特開２０１２－０２２１０９号公報 特開２００７－０９４３７１号公報

ズームレンズにおいて、広画角化を図りつつ、ズーム全域及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得るには、ズームレンズを構成する各要素を適切に設定することが重要になってくる。例えばズームタイプ（レンズ群の数や各レンズ群の屈折力）、各レンズ群の屈折力やレンズ構成、そしてフォーカシング用のレンズ群の選択等を適切に設定することが重要になってくる。

これらの構成が適切でないと、広画角化を図る際に全系が大型化し、またズーミング及びフォーカシングに伴う諸収差の変動が増大し、全ズーム範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが困難となる。

例えば撮像画角が８５度以上の半画角を有する魚眼ズームレンズにおいては、その広画角からの光線をズームレンズ内に取り込むため、第１レンズ群内に非常に強い負の屈折力を有するメニスカスレンズを最も物体側に配置する必要がある。一般に第１レンズ群内のレンズは屈折力が強いだけでなく、有効径も大きいため、魚眼ズームレンズにおいては第１レンズ群の重量が重く、かつ、大型になってくる。このため、第１レンズ群（最も物体側の群）の全体もしくは一部をフォーカスレンズ群として用いると、高速なフォーカシングが困難になってくる。

本発明は、広画角で、しかも迅速なフォーカシングが容易で、物体距離全般にわたり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レンズ群と、１つ以上のレンズ群を含む後群から成り、ズーミング及びフォーカシングの少なくとも一方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レンズ群は３枚以上の負レンズを有し、前記後群は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成され、前記第３レンズ群は、フォーカシングに際して移動し、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記ズームレンズの最短焦点距離をｆＷ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されているレンズＧ１の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ１、Ｒ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆＦ、最短焦点距離におけるバックフォーカスをＢＦＷとするとき、
０．８５＜｜ｆ１｜／ｆＷ＜７．０
０．４０＜（Ｒ１―Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．８０
２．０＜｜ｆＦ｜／ｆＷ＜７．０
ＢＦＷ／ｆＷ≦２．６１
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、しかも迅速なフォーカシングが容易で、物体距離全般にわたり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。

実施例１の最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図 実施例１の最短焦点距離、最長焦点距離における収差図 実施例２の最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図 実施例２の最短焦点距離、最長焦点距離における収差図 実施例３の最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図 実施例３の最短焦点距離、最長焦点距離における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 入射角度θの説明図 非球面における参照球面の定義の説明図 実施例１における撮像素子とイメージサークルとの大きさの関係の説明図 実施例２および実施例３における撮像素子とイメージサークルとの大きさの関係の説明図

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置における、最良の形態を述べる。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群と、１つ以上のレンズ群を含む後群、とを有し、ズーミング及びフォーカシングに際して隣り合うレンズ群との間隔が変化する。後群は、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群を有する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離における収差図である。実施例１はズーム比１．７９、Ｆナンバー３．５０のズームレンズである。

図３（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離における収差図である。実施例２はズーム比１．８９、Ｆナンバー３．７９～４．５９のズームレンズである。

図５（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例３のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの最短焦点距離、最長焦点距離における収差図である。実施例３はズーム比１．９１、Ｆナンバー３．７８～４．６０のズームレンズである。

図７は本発明の撮像装置の要部概略図である。図８はズームレンズに入射する光線の入射角度θの説明図である。図９は非球面形状の説明図である。図１０は撮像素子とイメージサークルとの関係を示す説明図である。図１１は撮像素子とイメージサークルとの関係を示す説明図である。

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、監視カメラ、車両カメラ、ＴＶカメラなどの撮像装置に用いられる撮像光学系である。

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。また、レンズ断面図において、Ｌ０はズームレンズである。ＬＲは１つ以上のレンズ群を有する後群である。ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｂｉは第ｉレンズ群を示す。ＳＰは開口絞りである。Ｓはフレアーカット絞りである。ＩＰは像面である。像面ＩＰは、デジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラの撮像光学系としてズームレンズを使用する際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。

各実施例のズームレンズは、ズーミング及びフォーカシングに際して隣り合うレンズ群間隔が変化する。矢印は最短焦点距離から最長焦点距離へのズーミングに際して、各レンズ群の移動軌跡を示している。

球面収差図において、実線のｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、二点鎖線のｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）を示している。非点収差図において点線のＭはｄ線のメリディオナル像面、実線のＳはｄ線のサジタル像面である。歪曲収差は等立体角射影方式を基準としたときのｄ線での値を示している。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは撮像半画角（度）、ＦｎｏはＦナンバーである。なお、各実施例において最短焦点距離と最長焦点距離は変倍用のレンズ群が機構上、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。

各実施例において、後群ＬＲは、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４から構成される。第３レンズ群Ｂ３は、フォーカシングに際して移動するフォーカスレンズ群である。

各実施例のズームレンズは撮像半画角８５度以上（即ち、撮像画角１７０度以上）を有する魚眼ズームレンズに適している。また、円周魚眼から対角魚眼までを実現できる魚眼ズームレンズに適している。

なお、通常のズームレンズでは、焦点距離位置を示す際に「広角端」や「望遠端」といった表現が用いられることが多い。しかしながら、撮像画角が略１８０度を達成している魚眼ズームレンズにおいては、広角や望遠という表現は必ずしも適切ではないため、本明細書においては、「最短焦点距離」および「最長焦点距離」、と呼ぶこととする。

各実施例のズームレンズ（魚眼ズームレンズ）においては、射影方式は等立体角射影方式（Ｙ＝２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２））を採用している。

ただし、ズームレンズの最短焦点距離ｆＷ≦ｆ≦最長焦点距離ｆＴを満たす任意の焦点距離をｆ、ズームレンズの最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線と光軸が交わる角度をθ、焦点距離ｆのときの結像像高をＹとしている。ここで、角度θは、図８に示すように、光軸Ｏと、最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線Ｐがレンズ内を直進した場合に延びる延長線とが交わる角度である。なお、本発明にかかるズームレンズにおいては、射影方式を等立体角射影に限定すべきものではなく、いかなる射影方式であっても構わない。

本発明のズームレンズにおいては、最も物体側のレンズ群である第１レンズ群Ｂ１は負の屈折力を有している。第１レンズ群Ｂ１よりも像側に、１つ以上のレンズ群を含み、全体として正の屈折力の後群ＬＲを有している。

最も物体側に負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１を配置することで、撮像半画角８５度以上から来る光線を取り込むことが容易になる。また、ズームレンズ全体としては正の屈折力を有する必要があるため、第１レンズ群Ｂ１の像側に、全体として正の屈折力を有する後群ＬＲを配置する。また、第１レンズ群Ｂ１と、隣り合うレンズ群との光軸方向の間隔が変化することで、最短焦点距離から最長焦点距離への変倍を行っている。

本発明のズームレンズにおいては、後群ＬＲの一部には、負の屈折力を有するフォーカスレンズ群ＦＬを有しており、フォーカスレンズ群ＦＬを光軸方向に移動することで、フォーカシングを行う。後群ＬＲ内のレンズ群は小型であるため、この一部の第３レンズ群Ｂ３をフォーカスレンズ群ＦＬとし、第３レンズ群Ｂ３でフォーカシングを行うことで高速なフォーカシングが容易となる。また、特に負の屈折力を有する第３レンズ群Ｂ３をフォーカスレンズ群ＦＬとすることで、レンズの径を更に小さくすることができ、この点でも高速なフォーカシングが容易となる。

第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、最短焦点距離における全系の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の最も物体側に配置されているレンズＧ１の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ１、Ｒ２とする。このとき、
０．８５＜｜ｆ１｜／ｆＷ＜７．０ ・・・（１）
０．４０＜（Ｒ１―Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．８０ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

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（１）は、第１レンズ群Ｂ１の負の屈折力を規定する。条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｂ１の負の屈折力が強くなり（負の屈折力の絶対値が大きくなり）、レトロフォーカスのパワー配置（屈折力配置）が強くなる。

このため、レンズ全長を短くすることが困難になってくる。条件式（１）の上限値を上回ると、後群ＬＲ内で変倍せざるをえなくなるため、後群ＬＲ内のレンズ群の数およびレンズ枚数を増やす必要があり、結果として全系が大型化してくる。従って、条件式（１）を満たすことで、全系が小型な広画角のズームレンズを得ることが容易となる。

条件式（２）は、第１レンズ群Ｂ１内の最も物体側のレンズＧ１のレンズ形状（シェイプファクター）に関する。ここで、レンズＧ１の物体側のレンズ面が球面のときパラメータＲ１はその曲率半径、非球面であるときパラメータＲ１はその参照球面の曲率半径である。レンズＧ１の像側のレンズ面が球面のときパラメータＲ２はその曲率半径、非球面であるときパラメータＲ２はその参照球面の曲率半径である。なお、図９に示すように、非球面における参照球面は、面頂点と面の光線有効径より決定される球面であると定義する。

公知の文献のレンズデータや、レンズの実物から非球面量の正負の値を判別する方法、また、具体的に非球面量を算出する方法を示す。非球面量の正負の値の判別、また非球面量の算出には、まず参照球面の半径（曲率半径）を求める必要があり、その参照球面の半径を得るためには、光線有効径を得る必要がある。

文献のレンズデータには、有効径が記載されていない場合がある。その場合、最も簡単に光線有効径を得る方法は、レンズ断面図の描画上のレンズ全長の実寸と、数値データで示される既知のレンズ全長から描画倍率を求め、描画の曲面部径の実寸に描画倍率を掛けることで得られる。レンズ描画の曲面部の径は、光学ツールによっては実際の光線有効径に対し、やや大きく設定されるが、非球面量の正負の値の判別や、大まかな非球面量を知るには、この方法で十分である。

条件式（２）は、レンズＧ１のレンズ形状を規定する。条件式（２）の上限値を上回ると、レンズＧ１の物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなり、略１８０度の画角の光線を取り込むことが困難になる。条件式（２）の下限値を下回ると、レンズＧ１の負の屈折力が弱くなって（負の）歪曲収差の発生量が少なくなるため、魚眼ズームレンズとして略１８０度の画角を達成することが困難になる。

もしくは、レンズＧ１の負の屈折力が弱くなることを補うため、レンズＧ１の像側に隣り合うレンズ（Ｇ２）の負の屈折力を大きくせざるを得なくなり、結果として全系が大型化してくる。従って、条件式（２）を満たすことで、全系が小型な魚眼ズームレンズを得ることが容易になる。

条件式（１）および（２）を満足することで、全系が小型でかつ、高速なフォーカシングが容易なズームレンズを容易に得ることができる。

なお、本明細書においては、レンズ群は、フォーカシングやズーミングでの移動軌跡を基準に定義する。すなわち、フォーカシングもしくはズーミングで異なる軌跡で移動するレンズは、異なるレンズ群として定める。また、本明細書のズームレンズの更に物体側もしくは更に像側に配置され、実質的に屈折力を有さないレンズについては、ズームレンズには含めない。たとえば、前玉（ズームレンズの最も物体側のレンズ）を保護するためにズームレンズの物体側に配置されるドーム型のカバーレンズや、ズームレンズの像側に配置されるローパスフィルタ、プリズムやカバーガラス等がこれにあたる。

各実施例において更に好ましくは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。最短焦点距離におけるレンズＧ１の最も物体側のレンズ面から像面までの距離（レンズ全長）をＬＤ、最短焦点距離におけるフォーカスレンズ群ＦＬから像面までの距離をＦＤとする。後群ＬＲ内であって、フォーカスレンズ群ＦＬの物体側に、正の屈折力のレンズ群Ａを有する。

各実施例ではレンズ群Ａは第２レンズ群Ｂ２に相当する。後群ＬＲ内であって、フォーカスレンズ群ＦＬの像側に、正の屈折力のレンズ群Ｂを有する。各実施例ではレンズ群Ｂは第４レンズ群Ｂ４に相当する。レンズ群Ａの焦点距離をｆＡ、レンズ群Ｂの焦点距離をｆＢとする。最短焦点距離における、射出瞳の位置から像面までの距離をＴＫＷとする。ここで距離ＴＫＷの符号は像側へ測ったときを正、物体側へ測ったときを負とする。最短焦点距離におけるバックフォーカスをＢＦＷとする。フォーカスレンズ群ＦＬの焦点距離をｆＦ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。

ＦＤ／ＬＤ＜０．５５ ・・・（３）
ｆＡ／ｆＢ＞０．１９ ・・・（４）
ＴＫＷ／ｆＷ＞４．０ ・・・（５）
ＢＦＷ／ｆＷ＜３．５ ・・・（６）
２．０＜｜ｆＦ｜／ｆＷ＜８．０ ・・・（７）
各実施例に係るズームレンズとズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子とを備える撮像装置においては、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。最短焦点距離における最大像高をＹＷ、最長焦点距離における最大像高をＹＴとする。最短焦点距離における撮像画角をωＷ（度）、最長焦点距離における撮像画角をωＴ（度）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。

１．７＜ＹＴ／ＹＷ＜２．５ ・・・（８）
ωＷ＞１７０．０ ・・・（９）
ωＴ＞１７０．０ ・・・（１０）

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、フォーカスレンズ群ＦＬの光軸上の位置を規定する。条件式（３）の上限値を上回ると、フォーカスレンズ群ＦＬの小型化が困難になり、高速なフォーカシングが困難になる。条件式（３）を満たすことで、小型化と高速なフォーカシングが容易になる。

また、後群ＬＲ内であって、フォーカスレンズ群ＦＬよりも物体側に、正の屈折力のレンズ群Ａを有するのが良い。レンズ群Ａを第１レンズ群Ｂ１とフォーカスレンズ群ＦＬの間に配置することで、魚眼用のズームレンズとしてズーミングに際しても優れた光学性能を有することが容易になる。また、レンズ群Ａを配置することによって、フォーカスレンズ群ＦＬに入射する光線を収斂させることができ、フォーカスレンズ群ＦＬの有効径を小さくすることが容易となる。

これによりフォーカスレンズ群ＦＬの小型化も容易になり、結果として、全体の小型化を図りつつ、高速なフォーカシングが容易になる。

更に、後群ＬＲ内であって、フォーカスレンズ群ＦＬよりも像側に、正の屈折力のレンズ群Ｂ群を有するのが良い。レンズ群Ｂをフォーカスレンズ群ＦＬの像側へ配置することで、射出瞳の位置を像面から離すことができる。一般に、撮像素子を用いた撮像装置においては、射出瞳が短い（即ち、撮像素子へ入射する光線の角度が大きい）と、撮像素子へ入射する光線が撮像素子内でケラれてしまうことがある。このため、射出瞳の位置を像面から離すことが好ましい。

条件式（４）は、フォーカスレンズ群ＦＬの前後の正の屈折力のレンズ群Ａと、レンズ群Ｂのパワー配置を規定する。条件式（４）の下限値を下回ると、レンズ群Ｂの正の屈折力が弱くなり、射出瞳の位置が像面に近づきすぎてしまうため、撮像素子へ入射する光線が撮像素子内でケラれてしまう可能性がある。それを補うためには、各レンズの外径（研磨面径）を大きくして、軸外光束の光量をより多く取り込む必要があり、結果的には全系の大型化につながってしまう。従って、条件式（４）を満たすことで全系の小型化が容易になる。

条件式（５）は、ズームレンズの射出瞳の位置を規定する。条件式（５）の下限値を下回ると、射出瞳の位置が像面に近づきすぎてしまうため、撮像素子へ入射する光線が撮像素子内でケラれてしまう可能性がある。それを補うためには、全体を大きくして、軸外光線の光量をより多く取り込む必要があり、結果的には全系の大型化につながってしまう。従って、条件式（５）を満たすことで光学系の全系が容易になる。

条件式（６）は、最短焦点距離における全系の焦点距離とバックフォーカスの関係を規定する。条件式（６）の上限値を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎてしまい、全系の小型化が困難になる。条件式（６）を満たすことで、全系が小型のズームレンズを得ることが容易になる。

条件式（７）は、最短焦点距離における全系の焦点距離と、フォーカスレンズ群ＦＬの焦点距離の関係を規定する。条件式（７）の上限値を超えると、フォーカスレンズ群ＦＬの負の屈折力が弱くなりすぎ（負の屈折力の絶対値が小さくなりすぎ）、フォーカシングの際に移動する距離が大きくなってしまい、高速なフォーカシングが困難になる。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、フォーカスレンズ群ＦＬの負の屈折力が強くなりすぎ（負の屈折力の絶対値が大きくなりすぎ）てしまい、フォーカシングにさいしての光学性能を良好に維持することが困難になってくる。

従って、条件式（７）を満たすことで、高速なフォーカシングが容易でかつ、優れた画質を有する魚眼用のズームレンズを得ることが容易になる。

条件式（８）は、最短焦点距離における最大像高ＹＷと、最長焦点距離における最大像高ＹＴとの関係を示す。条件式（８）の上限値を超えると、ズーム比が大きくなるため、各レンズ群のズーミングに際しての移動量が増加する。または各レンズ群の屈折力が大きくなる。各レンズ群の移動量が大きくなれば全系が大型化するし、各レンズ群の屈折力が大きくなる場合も、収差変動を抑えるためには各レンズ群のレンズ枚数を増やす必要がある。そうすると、全系が大型化してくる。条件式（８）の下限値を下回ると、円周魚眼から始まり対角魚眼までを含んだズームレンズを構成することが困難になる。

従って、条件式（８）を満たすことで、全系が小型でかつ、円周魚眼から対角魚眼までを含む魚眼用のズームレンズを容易に得ることができる。

条件式（９）は、最短焦点距離における撮像画角ωＷ（度）、条件式（１０）は最長焦点距離における撮像画角ωＴ（度）を規定する。条件式（９）及び条件式（１０）は、魚眼用のズームレンズが満たすべき条件である。条件式（９）もしくは条件式（１０）の下限値を下回ると、撮像画角が小さすぎて魚眼用のズームレンズの構成が困難になる。更に好ましくは、条件式（１）乃至（８）は、下記の式を満たすことが好ましい。

０．９０＜｜ｆ１｜／ｆＷ＜５．０ ・・・（１ａ）
０．４５＜（Ｒ１―Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．７５ ・・・（２ａ）
ＦＤ／ＬＤ＜０．５０ ・・・（３ａ）
ｆＡ／ｆＢ＞０．２０ ・・・（４ａ）
ＴＫＷ／ｆＷ＞４．３ ・・・（５ａ）
ＢＦＷ／ｆＷ＜３．０ ・・・（６ａ）
２．８＜｜ｆＦ｜／ｆＷ＜７．５ ・・・（７ａ）
１．７３＜ＹＴ／ＹＷ＜２．２０ ・・・（８ａ）

更に好ましくは、条件式（１ａ）乃至（８ａ）は、下記の式を満たすことが好ましい。
１．００＜｜ｆ１｜／ｆＷ＜３．０ ・・・（１ｂ）
０．５０＜（Ｒ１―Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．７０ ・・・（２ｂ）
ＦＤ／ＬＤ＜０．４５ ・・・（３ｂ）
ｆＡ／ｆＢ＞０．２０５ ・・・（４ｂ）
ＴＫＷ／ｆＷ＞４．５ ・・・（５ｂ）
ＢＦＷ／ｆＷ＜２．８ ・・・（６ｂ）
３．３＜｜ｆＦ｜／ｆＷ＜７．０ ・・・（７ｂ）
１．７７＜ＹＴ／ＹＷ＜２．１０ ・・・（８ｂ）

各実施例において、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１は、２枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズを有するのが良い。

魚眼用のズームレンズは極めて広い撮像画角から光線が入ってくるため、第１レンズ群Ｂ１を１枚の負レンズだけで構成すると像面湾曲を補正することが困難になってくる。このため、２枚以上の負レンズ有することが好ましい。また、正レンズを１枚も有さないと、色収差の補正が困難になってしまう。従って、２枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズを有することで、色収差や像面湾曲の補正が容易になる。

更に、正の屈折力のレンズ群Ａは、１枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズを有するのが良い。レンズ群Ａを１枚の正レンズだけで構成すると色収差の補正が困難になってしまう。このため、レンズ群Ａは１枚以上の正レンズだけでなく、１枚以上の負レンズをも有することが好ましい。

なお、後群ＬＲ内の負の屈折力のレンズ群でフォーカシングすることが好ましいが、第１レンズ群Ｂ１または第１レンズ群Ｂ１の一部の部分群でフォーカシングしても構わない。また全てのレンズ群を繰り出すことでフォーカシングしても構わない。また、いかなるレンズ群でフォーカシングして良い。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。
［実施例１］
実施例１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Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４から構成される。実施例１は第３レンズ群Ｂ３がフォーカスレンズ群ＦＬである。後群ＬＲは第２レンズ群Ｂ２乃至第４レンズ群Ｂ４より構成されている。

最短焦点距離から最長焦点距離へのズーミングに際しては次のとおりである。第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２の空気間隔が小さく、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３の空気間隔が大きく、第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４の空気間隔が小さくなるように、各レンズ群が移動する。第２レンズ群Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４は、ズーミングに際して同一の軌跡で移動する。後述する数値データ１に記載の射出瞳の位置は、最終レンズ面から射出瞳までの距離を示している（物体側への距離は負の値、像側への距離は正の値）。

本実施例のズームレンズは、いわゆるＡＰＳ―Ｃサイズ（画面サイズ２２．５ｍｍ×１５．０ｍｍ）の撮像素子に適している。図１０に示すように、最短焦点距離では円周魚眼、最長焦点距離では対角魚眼を実現している。このように、本実施例におけるズームレンズは、全系が小型でかつ、高速なフォーカシングが容易な魚眼ズームレンズに適している。

［実施例２］
実施例２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Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４から構成される。第３レンズ群Ｂ３がフォーカスレンズ群ＦＬである。後群ＬＲは第２レンズ群Ｂ２乃至第４レンズ群Ｂ４より構成されている。

最短焦点距離から最長焦点距離へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２の空気間隔が小さくなる。第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３の間および第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４の間の空気間隔は一定である。

本実施例のズームレンズは、いわゆるＦＵＬＬサイズ（画面サイズ３６．０ｍｍ×２４．０ｍｍ）の撮像素子に適している。図１１に示すように、最短焦点距離では円周魚眼、最長焦点距離では対角魚眼を実現している。第１レンズ群Ｂ１は像側へ、第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３、第４レンズ群Ｂ４は一体的に（同じ軌跡で）物体側へ移動する。このように、本実施例におけるズームレンズは、全系が小型でかつ、高速なフォーカシングが容易なズームレンズに適している。

［実施例３］
実施例３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Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４から構成される。第３レンズ群Ｂ３がフォーカスレンズ群ＦＬである。後群ＬＲは第２レンズ群Ｂ２乃至第４レンズ群Ｂ４より構成されている。

最短焦点距離から最長焦点距離へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｂ１は像側へ、第２レンズ群Ｂ２は物体側へ、第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４は一体的に物体側へ移動する。この際、第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２の空気間隔は小さくなり、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３間の空気間隔も小さくなる。第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４間の空気間隔は一定である。

本実施例のズームレンズは、実施例２と同様に、いわゆるＦＵＬＬサイズ（画面サイズ３６．０ｍｍ×２４．０ｍｍ）の撮像素子に適したズームレンズである。図１１に示すように、最短焦点距離状態では円周魚眼、最長焦点距離では対角魚眼を実現している。このように、本実施例におけるズームレンズは、全系が小型でかつ、高速なフォーカシングが容易なズームレンズに適している。

図７は本発明のズームレンズを有する一眼レフカメラ（撮像装置）の要部概略図である。図７において、１０は実施例１乃至３までのズームレンズ１を有する光学系である。

光学系１は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０はクイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、光学系１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は光学系１０の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。観察者は、その正立像を、接眼レンズ６を介して観察する。

７は受光面であり、像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）が配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、受光面７上に光学系１０によって像側形成される。

このように本発明のズームレンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の撮像装置に適用することにより、高い光学性能を得ている。尚、本発明のズームレンズは、デジタルカメラ・ビデオカメラ等の他に望遠鏡、双眼鏡、複写機、プロジェクタ等の光学機器にも適用できる。また、クイックリターンミラーのないミラーレスの一眼レフカメラ（ミラーレスカメラ）にも適用することができる。

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。

以下に、実施例１乃至３に各々対応する数値データ１乃至３を示す。各数値データにおいて、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは第ｉ番目（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、νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした材料の屈折率、アッベ数を示す。ｒｉおよびｄｉの単位はいずれもミリである。ＢＦはバックフォーカスである。

また、非球面は面番号の後に、＊の符号を付加して表している。非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各次数の非球面係数とするとき、

で表す。なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。また、各数値データにおける前述の各条件式に相当する数値を表１示す。

[数値データ１]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 42.058 1.70 1.76385 48.5 38.33
2 9.802 11.16 19.52
3 -181.057 0.90 1.77250 49.6 17.03
4 18.735 1.93 15.48
5 43.989 0.70 1.59270 35.3 15.21
6 9.278 4.13 1.78760 23.4 14.14
7 39.195 (可変) 13.41
8 ∞ 0.50 9.58
9 20.023 0.50 1.90366 31.3 8.74
10 6.478 3.44 1.66680 33.0 7.85
11 -45.131 1.81 6.76
12(絞り) ∞ 4.07 7.10
13 23.643 0.50 1.90315 29.8 7.88
14 7.074 4.61 1.77250 49.6 7.79
15* -14.898 (可変) 7.86
16 -313.488 0.40 1.77250 49.6 9.52
17 17.486 (可変) 9.92
18 -118.257 1.80 1.59270 35.3 13.91
19 -53.165 0.20 15.12
20 24.339 6.62 1.72342 38.0 18.19
21 -15.487 0.70 1.78760 23.4 18.55
22* 1042.853 (可変) 19.50
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000, A4= 8.52216e-006, A6=-1.06178e-006, A8= 1.05133e-009, A10=-1.85188e-010
第22面
K = 0.00000e+000, A4= 2.46601e-006, A6=-3.76847e-008, A8= 1.71654e-011, A10= 1.36759e-012

各種データ
ズーム比 1.79
焦点距離 5.30 9.51
Fナンバー 3.50 3.50
画角（度） 181.0 182.0
像高 7.50 13.50
レンズ全長 77.28 69.52
BF 11.09 16.77
d 7 14.45 1.00
d15 0.90 2.30
d17 5.18 3.78
d22 11.09 16.77
入射瞳位置 11.53 10.39
射出瞳位置 -29.96 -27.27
前側主点位置 16.14 17.84
後側主点位置 5.79 7.27
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -9.13 20.52 4.54 -10.30
2 8 12.98 15.42 9.84 -3.71
3 16 -21.43 0.40 0.21 -0.01
4 18 31.43 9.32 0.86 -4.61
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -17.12
2 3 -21.94
3 5 -19.99
4 6 14.55
5 9 -10.79
6 10 8.73
7 13 -11.34
8 14 6.83
9 16 -21.43
10 18 161.30
11 20 14.06
12 21 -19.37

[数値データ２]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 55.936 2.00 1.77250 49.6 49.36
2 12.536 11.83 25.00
3 162.258 1.20 1.76385 48.5 24.25
4 30.248 5.02 22.42
5 -46.631 1.00 1.76385 48.5 21.61
6 42.873 0.15 21.37
7 30.728 4.96 1.78760 23.4 21.59
8 -37.223 2.13 21.34
9* -32.812 1.00 1.68893 31.1 19.25
10 -157.802 (可変) 18.75
11 ∞ 1.58 10.04
12 24.858 3.81 1.60342 38.0 10.69
13 -9.286 0.60 1.90315 29.8 10.72
14 -78.312 0.50 11.20
15* 34.215 2.97 1.58313 59.4 11.54
16 -14.358 1.97 11.67
17(絞り) ∞ (可変) 10.44
18 32.205 1.61 1.80809 22.8 9.22
19 -61.211 0.50 1.80440 39.6 8.84
20 15.056 (可変) 8.41
21 -29.004 0.60 1.85478 24.8 8.26
22 20.886 4.06 1.59270 35.3 8.87
23 -28.837 0.15 11.80
24 283.566 1.89 1.59270 35.3 12.98
25 -125.496 0.15 14.20
26 23.175 0.90 1.83481 42.7 16.51
27 14.669 5.10 1.59522 67.7 16.85
28 -709.918 (可変) 17.90
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000, A4= 4.73829e-007, A6= 5.15267e-008, A8=-4.34380e-010, A10= 3.47894e-012
第15面
K = 0.00000e+000, A4=-6.78871e-005, A6= 1.91141e-007, A8=-4.72531e-009, A10= 6.39557e-011

各種データ
ズーム比 1.89
焦点距離 8.05 15.21
Fナンバー 3.79 4.59
画角（度） 177.3 180.5
像高 11.15 21.64
レンズ全長 103.35 101.76
BF 21.01 35.69
d10 21.89 5.61
d17 2.23 2.23
d20 2.54 2.54
d28 21.01 35.69
入射瞳位置 14.60 13.78
射出瞳位置 -17.40 -17.40
前側主点位置 20.97 24.63
後側主点位置 12.96 20.48
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -11.65 29.29 5.19 -17.09
2 11 17.40 11.42 5.35 -3.66
3 18 -37.43 2.11 2.33 1.10
4 21 82.16 12.86 13.58 7.48
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -21.34
2 3 -48.87
3 5 -29.10
4 7 22.08
5 9 -60.33
6 12 11.69
7 13 -11.71
8 15 17.74
9 18 26.32
10 19 -14.98
11 21 -14.13
12 22 21.08
13 24 147.03
14 26 -50.29
15 27 24.21

[数値データ３]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 56.490 2.00 1.77250 49.6 50.45
2 13.088 13.22 26.04
3 -87.448 1.20 1.76385 48.5 25.37
4 56.343 3.18 23.82
5 -60.484 1.20 1.77250 49.6 23.46
6 29.439 0.15 23.06
7 26.298 6.32 1.78760 23.4 23.36
8 -33.786 4.50 23.13
9* -24.786 1.00 1.84666 23.8 18.08
10 -50.968 (可変) 17.90
11 ∞ 1.58 9.67
12* 23.084 4.80 1.58313 59.4 10.31
13 -11.573 0.70 1.80100 35.0 10.38
14 -20.802 0.15 10.56
15 83.388 1.80 1.80440 39.6 10.40
16 -25.168 0.70 1.90366 31.3 10.23
17 -236.860 1.06 10.09
18(絞り) ∞ (可変) 9.80
19 31.814 0.70 1.83481 42.7 8.38
20 17.928 (可変) 8.15
21 -94.148 0.70 1.90366 31.3 14.39
22 33.362 4.00 1.59270 35.3 15.73
23 -53.356 0.15 18.04
24* 28.697 1.00 1.85400 40.4 23.26
25 18.150 6.92 1.49700 81.5 23.67
26 -375.979 0.15 25.36
27 34.785 4.58 1.56732 42.8 29.48
28 140.000 (可変) 29.94
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000, A4= 4.69356e-006, A6=-1.22814e-007, A8= 1.34084e-009, A10=-5.51465e-012
第12面
K = 0.00000e+000, A4=-3.21536e-005, A6= 2.71720e-007, A8=-3.24720e-009, A10= 9.35193e-012
第24面
K = 0.00000e+000, A4=-3.17129e-006, A6= 3.78703e-008, A8=-1.62056e-010, A10= 5.04675e-013

各種データ
ズーム比 1.91
焦点距離 8.01 15.30
Fナンバー 3.78 4.60
画角（度） 177.3 183.1
像高 11.15 21.64
レンズ全長 105.23 103.57
BF 12.00 28.46
d10 20.47 3.08
d18 4.80 4.07
d20 6.19 6.19
d28 12.00 28.46
入射瞳位置 15.17 14.20
射出瞳位置 -31.50 -30.15
前側主点位置 21.70 25.51
後側主点位置 3.99 13.16
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -11.78 32.77 5.72 -18.35
2 11 19.25 10.79 3.71 -4.07
3 19 -50.36 0.70 0.89 0.50
4 21 56.40 17.51 8.43 -2.33
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -22.50
2 3 -44.70
3 5 -25.48
4 7 19.69
5 9 -58.00
6 12 13.93
7 13 -33.70
8 15 24.21
9 16 -31.21
10 19 -50.36
11 21 -27.19
12 22 35.24
13 24 -60.46
14 25 35.04
15 27 80.32

Ｂ１ 第１レンズ群 Ｂ２ 第２レンズ群 Ｂ３ 第３レンズ群
Ｂ４ 第４レンズ群 ＬＲ 後群 ＦＬ フォーカスレンズ群
ＳＰ 開口絞り Ｓ フレアーカット絞り

Claims (9)

1. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群と、１つ以上のレンズ群を含む後群から成り、ズーミング及びフォーカシングの少なくとも一方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レンズ群は３枚以上の負レンズを有し、
   前記後群は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成され、
   前記第３レンズ群は、フォーカシングに際して移動し、
   前記第４レンズ群はズーミングに際して物体側へ単調に移動し、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記ズームレンズの最短焦点距離をｆＷ、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されているレンズＧ１の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ１、Ｒ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆＦ、最短焦点距離におけるバックフォーカスをＢＦＷとするとき、
   ０．８５＜｜ｆ１｜／ｆＷ＜７．０
   ０．４０＜（Ｒ１―Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＜０．８０
   ２．０＜｜ｆＦ｜／ｆＷ＜７．０
   ＢＦＷ／ｆＷ≦２．６１
   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. 最短焦点距離における前記レンズＧ１の物体側のレンズ面から像面までの距離をＬＤ、最短焦点距離における前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離をＦＤとするとき、
   ＦＤ／ＬＤ＜０．５５
   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２レンズ群の焦点距離をｆＡ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆＢとするとき、
   ｆＡ／ｆＢ＞０．１９
   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. 最短焦点距離における、射出瞳の位置から像面までの距離をＴＫＷとするとき、
   ＴＫＷ／ｆＷ＞４．０
   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、１枚以上の正レンズを有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２レンズ群は、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズと、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。
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撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
8. 前記ズームレンズが最短焦点距離であるときの最大像高をＹＷ、前記ズームレンズが最長焦点距離であるときの最大像高をＹＴとするとき、
   １．７＜ＹＴ／ＹＷ＜２．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 最短焦点距離における撮像画角をωＷ、最長焦点距離における撮像画角をωＴとするとき、
   ωＷ＞１７０．０
   ωＴ＞１７０．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。

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