JP2010262154A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズにおいて、少ないレンズ枚数で小型に構成しながら、高倍率化が図られ、色収差が良好に補正されて、高い光学性能を有する。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、絞り、全体として正の後続群とからなる。第１レンズ群Ｇ１は、負の第１レンズと正の第２レンズからなる接合レンズ、正の第３レンズとからなる。第１レンズの屈折率に関する式（１）、第１レンズのアッベ数に関する式（２）、第２レンズのアッベ数に関する式（３）、第３レンズのアッベ数に関する式（４）、広角端と望遠端の全系の焦点距離に関する式（５）を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、民生用ビデオカメラや監視用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズとして、４群タイプや５群タイプのズームレンズが多く提案されており、例えば、下記特許文献１〜９に記載されたズームレンズが知られている。特許文献１〜９には、４群タイプにおいて、第１レンズ群が３枚または４枚のレンズで構成されたズームレンズが記載されている。

特開２００６−２２１２０８号公報 特開２００４−２７９７２６号公報 特開２００７−１７１２４８号公報 特開２００７−１２７６９４号公報 特開２００５−３４５８９２号公報 特開２００７−３６００号公報 特開２００７−１７８８２５号公報 特開２００３−９８４３４号公報 特開２００７−１７８５７２号公報

上記分野における変倍比が１０倍程度のズームレンズでは、単板式、３板式に関係なく、上記特許文献１、２に記載されているような、第１レンズ群が３枚で構成されている例が極めて多い。このような変倍比が１０倍程度のズームレンズにおいては、最も物体側に配置される第１レンズ群の第１レンズの材料に、ｄ線におけるアッベ数が１８〜２６程度の高分散材料を用いている例が多い。具体的には、ＯＨＡＲＡ社製、Ｓ−ＴＩＨ５３（νｄ＝２３．８）相当を用いた例が多く見られる。

一方、近年では、ビデオカメラ用や電子スチルカメラ用のズームレンズの高倍率化への要求が高まっている。変倍比を１５倍ないし２０倍程度まで上げようとする場合に課題の１つとなるのが、色収差の補正である。従来の変倍比が１０倍程度のズームレンズに採用されていた３枚構成の第１レンズ群のまま変倍比を上げると、当然のことながら望遠端の焦点距離が長くなる分、望遠端での色収差が増大してしまう。

色収差を良好に補正しつつ、高倍率を実現するためには、変倍比が１０倍程度の従来のレンズ系とは異なる思想が必要となる。例えば、安易な方法の１つとして、特許文献３、４、８のズームレンズのように、第１レンズ群を４枚構成とすることが考えられる。しかしながら、最も物体側に配置される第１レンズ群はレンズ径が大きいため、この第１レンズ群の枚数を増加させて４枚構成とすると、レンズ系が大型化してしまうという不具合が生じる。上記分野のカメラに対する小型化の要望は年々強まってきており、これらに搭載されるズームレンズに対しても小型化の要望が強くなってきている。このような事情から、近年の小型化の要望も満たすように第１レンズ群を３枚で構成した上で、高倍率を実現し、色収差を最小限に抑えることができるような構成の最適化、特にレンズ材料の最適化が求められることとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少ないレンズ枚数で小型に構成しながら、高倍率化が図られ、色収差が良好に補正されて、高い光学性能を有するズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、絞りと、全体として正の屈折力を有する後続レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群と第２レンズ群との距離が大きくなるとともに、第２レンズ群と後続レンズ群との距離が小さくなるように構成され、第１レンズ群が、物体側から順に、負の第１レンズおよび正の第２レンズからなる接合レンズと、正の第３レンズとからなる３枚構成であり、第１レンズのｄ線における屈折率、アッベ数をそれぞれＮ１、ν１とし、第２レンズのｄ線におけるアッベ数をν２とし、第３レンズのｄ線におけるアッベ数をν３とし、広角端での全系の焦点距離をｆｗとし、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）〜（５）を満たすことを特徴とするものである。
Ｎ１≧１．８０ … （１）
３５≦ν１＜４０ … （２）
ν２＞７５ … （３）
５０＜ν３＜７０ … （４）
１１．６≦ｆｔ／ｆｗ＜２５ … （５）

なお、本発明において、各「レンズ群」は、複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１としたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
２．０≦ｆＧ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．６ … （６）

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、第２レンズのｄ線における屈折率をＮ２とし、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
０．１＜ｆＧ１・（Ｎ１−Ｎ２）／ｆ３＜０．６ … （７）

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズの焦点距離をｆ１とし、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１としたとき、下記条件式（８）を満たすことが好ましい。
０．７＜｜ｆ１／ｆＧ１｜＜１．６ … （８）

また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズのｄ線における屈折率をＮ３としたとき、下記条件式（９）を満たすことが好ましい。
Ｎ３＞１．５５ … （９）

なお、本発明のズームレンズにおいては、後続レンズ群が、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の屈折力を有する第４レンズ群とを含んで構成されるようにしてもよく、あるいは、後続レンズ群が、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の屈折力を有する第４レンズ群のみから構成されるようにしてもよい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群が、少なくとも２枚の負レンズと１枚の正レンズとから構成され、この少なくとも２枚の負レンズのうち１枚の負レンズが少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。

なお、上記の各条件式の値は、特に断りがない限り、ズームレンズの基準波長におけるものである。また、本明細書の説明におけるアッベ数の数値は、特に断りがない限り、ｄ線におけるものである。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１レンズ群を負、正、正の３枚構成とし、各条件式を満たすように構成しているため、少ないレンズ枚数で小型に構成可能であり、高倍率化を図りつつ、良好な色収差の補正を実現することができ、高い光学性能を有するズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例７にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 図８（Ａ）〜図８（Ｈ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｈ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図 図１３（Ａ）〜図１３（Ｈ）は本発明の実施例６のズームレンズの各収差図 図１４（Ａ）〜図１４（Ｈ）は本発明の実施例７のズームレンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるズームレンズの構成例を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。また、図２〜図７は、本発明の実施形態にかかる別の構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２〜実施例７のズームレンズに対応している。図１〜図７に示す例の基本的な構成は同様であり、各図の図示方法も同様であるため、ここでは主に図１を参照しながら、本発明の実施形態にかかるズームレンズについて説明する。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、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、開口絞りＳｔと、全体として正の屈折力を有する後続レンズ群とからなる。また、このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との距離が大きくなるとともに、第２レンズ群Ｇ２と後続レンズ群との距離が小さくなるように構成されている。

図１に示す例では、具体的には、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１は固定されており、第２レンズ群Ｇ２が像側へ移動するように構成されている。

後続レンズ群は、複数のレンズ群を含むように構成してもよく、図１に示す例では、後続レンズ群は、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の２つのレンズ群から構成されている。なお、本発明のズームレンズとしては、後続レンズ群は、上記第３レンズ群Ｇ３、上記第４レンズ群Ｇ４、およびその他のレンズ群を含むように構成してもよいが、小型化を優先する場合は、上記第３レンズ群Ｇ３、上記第４レンズ群Ｇ４のみから構成することが好ましい。

図１では、左側が物体側、右側が像側であり、上段に広角端におけるレンズ配置を示し、下段に望遠端におけるレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

また、図１では像面をＳｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像素子が搭載された撮像装置に適用する際には、像面Ｓｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。

ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましく、図１では、最も像側のレンズ群である第４レンズ群Ｇ４と像面Ｓｉｍとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。

本発明の実施形態にかかるズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１および正レンズＬ１２からなる接合レンズと、正レンズＬ１３とからなる３枚で構成されている。ここで、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３はそれぞれ、本発明の負の第１レンズ、正の第２レンズ、正の第３レンズに対応するものである。

図１に示す例では、負レンズＬ１１は物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、正レンズＬ１２は両凸レンズであり、正レンズＬ１３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。

第１レンズ群Ｇ１は最も物体側に配置されることから、第１レンズ群Ｇ１を透過する光線の光線高が大きく、そのために第１レンズ群Ｇ１のレンズ径も大きな径となる。この第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数を必要最小限の３枚とすることで、４枚構成とした場合よりもレンズ系を小型に構成でき、また、低コストにすることができる。

また、本発明の実施形態にかかるズームレンズは、負レンズＬ１１のｄ線における屈折率、アッベ数をそれぞれＮ１、ν１とし、正レンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数をν２とし、正レンズＬ１３のｄ線におけるアッベ数をν３とし、広角端での全系の焦点距離をｆｗとし、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）〜（５）を満たすように構成されている。
Ｎ１≧１．８０ … （１）
３５≦ν１＜４０ … （２）
ν２＞７５ … （３）
５０＜ν３＜７０ … （４）
１１．６≦ｆｔ／ｆｗ＜２５ … （５）

条件式（１）は、負レンズＬ１１の屈折率を規定するものである。条件式（１）の下限を下回るほど屈折率が小さくなると、ペッツバール和が増大し、像面湾曲の補正が非常に困難になる。さらに、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２の接合面の曲率半径の絶対値が小さくなり、正レンズＬ１２のコバ（縁肉）を確保するために必要な正レンズＬ１２の中心厚が大きくなってしまい、レンズ系が大型化してしまうので好ましくない。これを防止するために、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２の接合面の曲率半径の絶対値を大きくして、正レンズＬ１２の中心厚を薄くすると、ディストーションの補正が困難になり好ましくない。

条件式（２）は、負レンズＬ１１のアッベ数を規定するものである。条件式（２）を満たすことで、二次スペクトルを低減することができ、高変倍でありながら、ズーム全域にわたって、色収差が良好に補正されたズームレンズを得ることができる。条件式（２）の下限を下回ると、色収差、特に、望遠端での軸上色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（２）の上限を上回ると、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２の接合面の曲率半径の絶対値が小さくなり、必要なコバ（縁肉）を確保するために必要な正レンズＬ１２の中心厚が大きくなってしまい、レンズ系が大型化してしまうので好ましくない。

条件式（３）は、正レンズＬ１２のアッベ数を規定するものである。現在使用されている光学材料の中で、条件式（３）を満たすような材料は異常分散性を有するものが多いため、このような材料を用いることで、二次スペクトルを低減することができる。

ここで、従来例と比較しながら考察する。従来、多数提案されている変倍比が１０倍程度までのズームレンズにおいては、必ずしも異常分散性を有する材料が用いられているわけではなく、レンズ系の小型化のために、曲率を緩くできるように屈折率を考慮した結果、異常分散性を有する材料の分散よりも、もう少し分散の高い材料が用いられている場合が多い。

しかしながら、本実施形態のように変倍比が高いズームレンズにおいて、従来の変倍比が１０倍程度のズームレンズの大半で採用されているような第１レンズ群が３枚の構成をそのまま採用した場合には、当然、望遠端の焦点距離が長くなる分、色収差は増大してしまう。高変倍のズームレンズでは、第１レンズ群が４枚で構成されている場合もあるが、小型化のためには、３枚で構成した方が好ましい。つまり、小型化と、高性能化を両立させるためには、条件式（２）と条件式（３）を満たす材料で接合レンズを構成することが好ましい。条件式（３）の下限を下回ると、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２とのアッベ数の差が小さくなり、軸上色収差が大きくなってしまう。

特許文献１や特許文献２に開示されているズームレンズを含め、変倍比が１０倍程度の従来の多数のズームレンズにおいては、第１レンズ（第１レンズ群の最も物体側のレンズ）にアッベ数が１８〜２６程度の高分散材料が用いられている。具体的には、アッベ数が２３．８のＳ−ＴＩＨ５３（ＯＨＡＲＡ社製）相当を用いた例が多く見られる。高倍率化したときの望遠端での色収差を低減するためには、第１レンズにアッベ数が１８〜２６程度よりも分散が少し低い材料を用いることが考えられる。しかしながら、第１レンズにそのような分散が少し低い材料を用いて高倍率化を図ったときに色収差をバランス良く補正しようとすると、上記従来例と比べて、第１レンズ群を構成するレンズのパワーが強くなってしまい、レンズの曲率が大きくなってしまい、小型化に反するという傾向がある。そこで、第１レンズの大型化を防止しつつ、色収差を良好に補正できるように、本実施形態のズームレンズのように、第１レンズ群を構成するレンズの材料の屈折率やパワーを最適化することが重要となる。

なお、従来例の中で上記例よりもやや低い分散の材料、すなわち、アッベ数が２３．８よりも大きな材料を第１レンズ群の第１レンズとして用いた例としては、特許文献５と特許文献６に記載のものがあり、第１レンズに、νｄ＝２８．３〜３５．３の材料が用いられているが、いずれも、変倍比が１０倍に満たない。特許文献６では、変倍比が小さいため、第１レンズ群の正レンズにアッベ数が７５より大きな材料を用いなくとも、良好な色収差補正を実現できているが、変倍比を大きくする場合は、アッベ数が７５より大きな材料を用いることが望まれる。特許文献７では、第１レンズにアッベ数が３７．２の材料、第３レンズにアッベ数が７０以上の材料を用いて、第１レンズ群を３枚構成にして１０倍を超える変倍比を実現しているが、第３レンズに低屈折率材料を用いているため、レンズ径が大型化してしまい、小型化の要望を満たすものではない。

このように、従来例では、変倍比が１２倍を超えるズームレンズで、第１レンズ群を３枚で構成し、従来よりもやや分散が低い材料を第１レンズに用いて、色消しを行った例はほとんどなく、特許文献９に示すように、変倍比が２０倍を超えるようなレンズでも、第１レンズにアッベ数が３０以下の高分散材料を用いた例が多い。第１レンズにアッベ数が３０以下の高分散材料を用いると、第２レンズ（第１レンズ群の物体側の２番目のレンズ）の曲率を緩くできるため、小型化には有利であるが、望遠端での色収差が非常に大きくなるという問題が発生してしまう。

本実施形態の条件式の説明に戻る。条件式（４）は、正レンズＬ１３のアッベ数を規定するものである。条件式（４）の下限を下回ると、望遠側のズーム位置での軸上色収差の補正を十分に行うことができない。条件式（４）の上限を上回るような低分散性を有する材料は、一般的に屈折率が低く、レンズの曲率が大きくなり、必要なコバ（縁肉）を確保するために必要な正レンズＬ１３の中心厚が大きくなってしまい、レンズ系が大型化して好ましくない。さらに、条件式（４）の上限を上回るような材料は、異常分散性を有する材料が多く、異常分散性を有する材料は高価であるという短所がある。正レンズＬ１２に加えて、正レンズＬ１３も異常分散性を有する材料を用いると、コストが高くなってしまい好ましくない。

条件式（５）は、望遠端と広角端の焦点距離の比、つまり、変倍比を規定するものである。高変倍比を実現するためには条件式（５）の下限を満たす必要がある。上述のように、変倍比が１０倍以下のレンズにおいては、条件式（２）や条件式（３）をともに満足させなくとも、ある程度の色収差補正が可能であり、むしろ、条件式（２）および条件式（３）を満たすことで小型化には不利になることがある。条件式（５）の下限を満たした上で、条件式（２）および条件式（３）を満たすことが好ましい。条件式（５）の上限については、条件式（５）の上限を上回る変倍比を第１レンズ群が３枚の構成で実現しようとすると、望遠端の色収差が大きくなりすぎてしまうという不具合が生じる。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下の構成を満たすように構成することが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記いずれか１つの構成を満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。以下に、好ましい構成と、その作用効果について述べる。

第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、広角端での全系の焦点距離をｆｗとし、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
２．０≦ｆＧ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．６ … （６）

条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１の屈折力を規定する式である。条件式（６）の下限を下回ると、二次スペクトルが大きくなり好ましくない。さらに、広角側で発生する倍率色収差が大きくなってしまう。逆に、条件式（６）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が弱くなり、レンズ全長が大きくなって、小型化の点で好ましくない。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１とし、負レンズＬ１１のｄ線における屈折率をＮ１とし、正レンズＬ１２のｄ線における屈折率をＮ２とし、正レンズＬ１３の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
０．１＜ｆＧ１・（Ｎ１−Ｎ２）／ｆ３＜０．６ … （７）

条件式（７）は、良好な収差補正とレンズ系の小型化を両立させるための条件である。条件式（７）の下限を下回ると、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２の屈折率差が小さくなる。このとき、ズーム時の球面収差の変動を少なくするためには、負レンズＬ１１と正レンズＬ１２の曲率半径の絶対値を小さくする必要があり、光学系が大型化してしまい好ましくない。条件式（７）を上回ると、像面湾曲の補正が困難になる。

負レンズＬ１１の焦点距離をｆ１とし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１としたとき、下記条件式（８）を満たすことが好ましい。
０．７＜｜ｆ１／ｆＧ１｜＜１．６ … （８）

条件式（８）は、負レンズＬ１１の焦点距離と第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の関係を規定したものである。条件式（８）の上限を上回るほど負レンズＬ１１のパワーが弱くなると、一次の色収差を十分に補正することができない。条件式（８）の下限を下回るほど負レンズＬ１１のパワーが強くなると、ペッツバール和が大きくなり、大きな像面湾曲を生じてしまう。

正レンズＬ１３のｄ線における屈折率をＮ３としたとき、下記条件式（９）を満たすことが好ましい。
Ｎ３＞１．５５ … （９）

条件式（９）は、正レンズＬ１３の屈折率を規定するものである。正レンズＬ１３の屈折率が低いと、正レンズＬ１３の曲率が大きくなって、必要なコバ（縁肉）を確保するために中心厚を大きくする必要があり、レンズが大型化する。また、そのとき、中間倍率において十分な周辺光量比の確保のため、レンズ外径も大きくなってしまい好ましくない。

さらに以下の条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）、（８−１）のいずれかあるいは任意の組み合わせを満たすことが好ましい。以下の条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）、（８−１）で用いた記号はそれぞれ前述の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）の説明におけるものと同じである。条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）、（８−１）それぞれを満たすことで、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）それぞれを満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
Ｎ１≧１．９ … （１−１）
３５．５≦ν１＜３８ … （２−１）
ν２＞８０ （３−１）
５２＜ν３＜６８ … （４−１）
１４＜ｆｔ／ｆｗ＜２２ … （５−１）
２．１≦ｆＧ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．５ … （６−１）
０．２＜ｆＧ１・（Ｎ１−Ｎ２）／ｆ３＜０．５０ … （７−１）
０．８＜｜ｆ１／ｆＧ１｜＜１．５ … （８−１）

また、第１レンズ群Ｇ１に含まれる正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値が７４より小さいことが好ましい。アッベ数が大きな材料は一般に屈折率が低いため、レンズの曲率が大きくなり、コバ（縁肉）を確保するために中心厚が大きくなってしまい、レンズ系が大型化してしまうので好ましくない。アッベ数の平均値を上記のように規定することで、屈折率の低い材料からなるレンズの枚数を抑えることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも２枚の負レンズと１枚の正レンズとから構成されることが好ましく、これら少なくとも２枚の負レンズのうち１枚の負レンズは少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２を、少なくとも２枚の負レンズと１枚の正レンズとを含むように構成することで、第２レンズ群Ｇ２に必要とされる負のパワーを確保しつつ、諸収差のバランスをとりながら良好な収差補正を行うことができる。

また、第２レンズ群Ｇ２の負レンズに非球面を設けることで、以下に述べるような長所が得られる。条件式（２）および条件式（３）を満たす材料で第１レンズ群Ｇ１の接合レンズを構成して色消しを行うと、従来提案されてきた変倍比が１０倍程度のズームレンズの大半でみられる第１、第２レンズの材料の選択をした場合と比べて、レンズの曲率が大きくなる傾向にある。このとき、小型化のため、第１レンズ群を通過する光線の高さを小さくしようとすると、像高ごとや、ズーム倍率ごとの像面をそろえることが難しくなる。そこで、第２レンズ群の負レンズに非球面を設けると、優れた像面特性と小型化を両立させることが可能になる。なお、従来提案されてきた変倍比が１０倍程度のズームレンズの大半でみられる第１、第２レンズの材料の選択をした場合とは、第１レンズが条件式（２）の下限値よりも分散が高い材料、第２レンズが条件式（３）同等、あるいは、第２レンズが条件式（３）の下限値よりも分散が高い材料で構成した場合のことである。

また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタを配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１〜実施例７のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図７に示したものである。

実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズーム（変倍）に関するデータを表２に、非球面データを表３に示す。同様に、実施例２〜７にかかるズームレンズの基本レンズデータ、ズームに関するデータ、非球面データを表４〜表２１に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜７のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としており、面間隔の最下欄の数値は表中の最終面と像面Ｓｉｍとの面間隔を示している。

また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には、面番号とともに（開口絞り）という語句を記載している。

表１の基本レンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤ５、Ｄ１１、Ｄ１７、Ｄ２１の符号を記載し、各符号の後に（可変）と記載している。その他の実施例についても同様に、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には対応する符号と（可変）という語句を記載している。

表２のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω、変倍に伴い変化する各面間隔Ｄ５、Ｄ１１、Ｄ１７、Ｄ２１の値を示す。

表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面データには、非球面レンズであるレンズの符号と、非球面の面番号と、各非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面データの数値の「Ｅ−０ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０^−ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＡ_ｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＲＡ_ｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡ_ｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）

なお、ここでは一例として、表１〜表３における長さの単位に「ｍｍ」を用い、角度の単位に「度」を用い、式（Ａ）のＺｄ、ｈの単位に「ｍｍ」を用いている。しかし、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

実施例１のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１が、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１および両凸形状の正レンズＬ１２の接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とからなる３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２が、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３とからなる３枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３が、両凸形状の正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３２および物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３の接合レンズとからなる３枚構成であり、第４レンズ群Ｇ４が、両凸形状の正レンズＬ４１と、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ４２とからなる２枚構成である。

実施例２のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例１のズームレンズと同様であるが、第４レンズ群Ｇ４が、両凸形状の正レンズＬ４１と、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４２とからなる２枚構成である。

実施例３のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例１のズームレンズと同様であるが、第３レンズ群Ｇ３が、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３２および物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３の接合レンズとからなる３枚構成であり、第４レンズ群Ｇ４が、両凸形状の正レンズＬ４１と、両凹形状の負レンズＬ４２とからなる２枚構成である。

実施例４のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例１のズームレンズと同様であるが、第２レンズ群Ｇ２が、物体側が平面の平凹レンズである負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３とからなる３枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３が、両凸形状の正レンズＬ３１からなる１枚構成であり、第４レンズ群Ｇ４が、両凸形状の正レンズＬ４１と、両凹形状の負レンズＬ４２および両凸形状の正レンズＬ４３の接合レンズとからなる３枚構成である。なお、実施例４では、光学部材ＰＰとして、屈折率の異なる２つの部材を用いている。

実施例５のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例４のズームレンズと同様である。また、実施例５の光学部材ＰＰも屈折率の異なる２つの部材を用いている。

実施例６のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例２のズームレンズと同様である。

実施例７のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１におけるレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズのパワーの符号に関する構成は実施例１のズームレンズと同様であるが、第２レンズ群Ｇ２が、物体側が平面の平凹レンズである負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３および両凹形状の負レンズＬ２４の接合レンズとからなる４枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３が、両凸形状の正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３２とからなる２枚構成であり、第４レンズ群Ｇ４が、両凸形状の正レンズＬ４１および両凹形状の負レンズＬ４２の接合レンズと、両凸形状の正レンズＬ４３とからなる３枚構成である。

なお、上記で述べた各実施例のレンズ形状は、非球面レンズについては、近軸領域におけるものである。実施例１、２、３、６のズームレンズでは、非球面は、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目の負レンズＬ２２の両面、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズの両面、第４レンズ群Ｇ４の最も像側のレンズの両面に設けられている。実施例４、５のズームレンズでは、非球面は、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目の負レンズＬ２２の物体側の面、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズの両面、第４レンズ群Ｇ４の最も物体側のレンズの両面に設けられている。実施例７のズームレンズでは、非球面は、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目の負レンズＬ２２の物体側の面、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズの両面、第４レンズ群Ｇ４の最も像側のレンズの両面に設けられている。このように効果的に非球面を採用することにより、変倍に伴う収差補正を良好に行うことができる。

表２２に、実施例１〜７における条件式（１）〜（９）に対応する値を示す。表２２からわかるように、実施例１〜７のいずれも、条件式（１）〜（９）を満足している。

図８（Ａ）〜図８（Ｈ）に実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図にはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）についての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図９（Ａ）〜図９（Ｈ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｈ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｈ）に、実施例２〜７のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

以上のデータから、実施例１〜７のズームレンズは、少ないレンズ枚数で小型に構成され、約１２〜２０倍程度の高倍率を有し、広角端における全画角は６０度程度で、広角端および望遠端ともに色収差を含む各収差が良好に補正されて高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。

図１５に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１５では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示している。

ビデオカメラ１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子４と、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子４としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子４は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子４の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子４からの出力信号が信号処理回路５にて演算処理され、表示装置６に像が表示される。

なお、図１５には、１つの撮像素子４を用いた、いわゆる単板式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ１と撮像素子４の間にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する３つの撮像素子を用いた、いわゆる３板式のものでもよい。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は、高倍率化が図られ、小型に構成可能であり、かつ色再現性の良い高画質の映像を得ることができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

１ ズームレンズ
２ フィルタ
４ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
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
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (9)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、絞りと、全体として正の屈折力を有する後続レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端への変倍の際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離が大きくなるとともに、前記第２レンズ群と前記後続レンズ群との距離が小さくなるように構成され、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、負の第１レンズおよび正の第２レンズからなる接合レンズと、正の第３レンズとからなる３枚構成であり、
   前記第１レンズのｄ線における屈折率、アッベ数をそれぞれＮ１、ν１とし、前記第２レンズのｄ線におけるアッベ数をν２とし、前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数をν３とし、広角端での全系の焦点距離をｆｗとし、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）〜（５）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   Ｎ１≧１．８０ … （１）
   ３５≦ν１＜４０ … （２）
   ν２＞７５ … （３）
   ５０＜ν３＜７０ … （４）
   １１．６≦ｆｔ／ｆｗ＜２５ … （５）
2. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１としたとき、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   ２．０≦ｆＧ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．６ … （６）
3. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、前記第２レンズのｄ線における屈折率をＮ２とし、前記第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満たす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。
   ０．１＜ｆＧ１・（Ｎ１−Ｎ２）／ｆ３＜０．６ … （７）
4. 前記第１レンズの焦点距離をｆ１とし、前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１としたとき、下記条件式（８）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．７＜｜ｆ１／ｆＧ１｜＜１．６ … （８）
5. 前記第３レンズのｄ線における屈折率をＮ３としたとき、下記条件式（９）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   Ｎ３＞１．５５ … （９）
6. 前記後続レンズ群が、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の屈折力を有する第４レンズ群とを含んで構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記後続レンズ群が、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の屈折力を有する第４レンズ群のみから構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第２レンズ群が、少なくとも２枚の負レンズと１枚の正レンズとから構成され、前記少なくとも２枚の負レンズのうち１枚の負レンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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