JP5241898B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、スチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラそしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する光学機器に関する。

この他本発明は、光学系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該光学系が振動（傾動）した時の撮影画像（画像）のぶれを光学的に補正する。そして静止画像を得るようにし撮影画像の安定化を図ったビデオカメラや銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適な防振機能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器に関するものである。

進行中の車や航空機等移動物体上から撮影しようとすると、撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にぶれが生じる。従来より撮影画像のぶれを防止する機能（防振機能）を有した防振光学系(ズームレンズ)が種々提案されている（特許文献１乃至１２）。

例えば、特許文献１では、光学装置に振動状態を検知する検知手段を設け、該検知手段からの出力信号に応じて、光学装置内の一部の光学部材を、振動による画像の振動的変位を相殺する方向に移動させる。これにより画像のぶれを補正し（防振を行い）画像の安定化を図っている。特許文献２では、最も物体側に可変頂角プリズムを配置した撮影系において、撮影系の振動に対応させて該可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像のぶれを補正し、画像の安定化を図っている。

特許文献３、４では、加速度センサーを利用して撮影系の振動を検出し、この時得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させることにより静止画像を得ている。

また特許文献５では、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系において第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群より構成する。このうち正の屈折力のレンズ群を振動させることにより画像のぶれを補正している。

特許文献６では、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系において、第３レンズ群全体を振動させて画像のぶれを補正している。

一方、特許文献７では、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群を正レンズとメニスカス形状の負レンズより成るテレフォトタイプとしてレンズ全長の短縮化を図っている。

また、本出願人は、特許文献８にて正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群全体を振動させて画像のぶれを補正するズームレンズを開示している。又第１レンズ群を物体側から順に、負レンズと正レンズからなる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の３枚のレンズ構成としている。

又、特許文献９乃至１１には、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る。この４群構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群を物体側より順に、負レンズと正レンズからなる接合レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズを２枚設け、合計４枚で構成しているズームレンズが開示されている。

また特許文献１２では同じく正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群に分散の少ない硝材より成るレンズを使用することで、特に望遠端における色収差の改善を図っている。

特開昭５６−２１１３３号公報 特開昭６１−２２３８１９号公報 特開平１−１１６６１９号公報 特開平２−１２４５２１号公報 特開平７−１２８６１９号公報 特開平７−１９９１２４号公報 特開平５−６０９７４号公報 特願平１１−２１３３７０号公報 米国特許第５，５８３，６９９号 米国特許第５，８８６，８２８号 特開平７−９２４３１号公報 特開２０００−３０５０１６号公報

一般に、画像のぶれを補正する防振手段を撮影系の前方に配置し、該防振手段の構成する一部の可動レンズ群（可動部材）を振動させて撮影画像のぶれを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化する。且つ該可動レンズ群を移動させるための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。

又、可変頂角プリズムを利用して防振を行う光学系では、特に長焦点距離側において防振時に偏心倍率色収差の発生量が多くなるという問題点があった。

一方、撮影系の一部のレンズを光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う防振光学系においては、防振のために特別に余分な光学系を必要としないという利点はあるが、移動させるレンズのための空間を必要とする。また防振時における偏心収差の発生量が多くなってくるという問題点があった。

また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系において、第３レンズ群全体を光軸に垂直方向に移動させて防振を行う。この場合、第３レンズ群を全長短縮のため正レンズとメニスカス形状の負レンズのテレフォトタイプで構成したとき、偏心コマや偏心像面湾曲といった偏心収差が多く発生して画質が劣化するという問題点があった。

更に、以上の従来例でズーム比が８倍以上のものはビデオカメラ等には対応出来るが、１００万画素以上の多くの画素より成る撮像手段を用いたデジタルカメラに使用するには収差補正の点で不十分であった。

第１レンズ群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、メニスカス形状の正レンズ１枚の計３枚で構成した場合、レンズ構成は簡素化される。しかし８倍以上の変倍比を有し、多くの画素を含む固体撮像素子を用いた撮像装置用としては、望遠側の軸上色収差の補正が不十分で、特に二次スペクトルの補正が不十分であった。

また、第１レンズ群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、２枚のメニスカス形状の正レンズより構成として、レンズ枚数を増やし、このとき正レンズの材料に低分散ガラスを用いると二次スペクトルが低減される。このような構成を有した防振機能を有するズームレンズが、特許文献１１で提案されているが、変倍時に第４レンズ群を固定とし、防振時に第４レンズ群の一部を振動させているため、第４レンズ群の構成レンズ枚数が多く、小型化の点で不利である。また特許文献９、１０で提案されている防振機能を有しないズームレンズでは、第２レンズ群を、負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成している。このため、ズーム比が８倍以上で、１００万画素以上の画素を含む撮像手段を用いるデジタルカメラ用のズームレンズとしては、変倍全域における倍率色収差の補正が必ずしも十分でない。

また特許文献１２では、第１レンズ群に分散の少ない硝材を使用しているが、負レンズの部分分散が大きいため、２次スペクトルの低減効果が十分得られていない。

本発明は、高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

この他本発明は、光学系の一部を構成する比較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成する。そして画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、装置全体の小型化、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ、該レンズ群を偏心させた時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有する。

そして望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の画素を含む撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応することができるズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より順に、変倍及び合焦の為に光軸方向に不動で正の屈折力の第１レンズ群、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、変倍により変動する像面の補正機能と合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群より構成されたズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は１枚以上の負レンズと複数の正レンズを有し、前記第１レンズ群中の１つの負レンズの材料のアッベ数をν−、部分分散比をＰｇｆ−、前記第１レンズ群中の複数の正レンズの材料の平均アッベ数をν＋、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第１レンズ群中の負レンズの焦点距離をｆ１Ｎとするとき、
３０ ＜ ν− ＜ ４０
Ｐｇｆ− ＜ ０．６
ν＋ ＞ ７５
１．２ ＜ ｜ｆ１Ｎ｜／ｆ１ ≦ １．８４７
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。

この他本発明によれば、光学系の一部を構成する比較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成する。そして画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、装置全体の小型化、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ、該レンズ群を偏心させた時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有する。

そして望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の画素を含む撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応することができるズームレンズ及びそれを有する光学機器が得られる。

本発明の数値実施例１のレンズ断面図 本発明の数値実施例１の広角端の収差図 本発明の数値実施例１の中間のズーム位置の収差図 本発明の数値実施例１の望遠端の収差図 本発明の数値実施例２のレンズ断面図 本発明の数値実施例２の広角端の収差図 本発明の数値実施例２の中間のズーム位置の収差図 本発明の数値実施例２の望遠端の収差図 本発明の数値実施例３のレンズ断面図 本発明の数値実施例３の広角端の収差図 本発明の数値実施例３の中間のズーム位置の収差図 本発明の数値実施例３の望遠端の収差図 本発明のズームレンズの近軸屈折力配置の概略図 本発明における防振の光学的原理の説明図 本発明の光学機器の要部概略図

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する光学機器の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態１の広角端におけるレンズ断面図、図２、図３、図４は本発明の実施形態１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。図５は本発明の実施形態２の広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８は本発明の実施形態２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。

図９は本発明の実施形態３の広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２は本発明の実施形態３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。図１３は本発明のズームレンズの近軸屈折力配置の要部概略図である。図１４は本発明において、光学系が振動したときに生ずる画像ぶれを補正する光学的原理の説明図である。

各実施形態のズームレンズのレンズ断面図と図１３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は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、撮像手段の撮像面が位置している。ＦＰはフレアーカット絞りであり、不要光をカットしている。

各実施形態では、第３レンズ群Ｌ３の全部を光軸に垂直方向の成分を持つように移動（変移）させることにより、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。尚、第３レンズ群Ｌ３の一部を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正しても良い。

各実施形態では、広角端から望遠端への変倍(ズーミング)に際して矢印のように、変倍機能を有する第２レンズ群Ｌ２を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群Ｌ４を移動させて補正している。また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシング（合焦）を行うリヤーフォーカス式を採用している。

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、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。尚、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３は、変倍及びフォーカスの為には光軸方向に不動である。

各実施形態においては、第４レンズ群Ｌ４を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行う（像面の補正機能）と共に、第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行う（合焦機能を有する）ようにしている。特に、曲線４ａ、４ｂに示すように、広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。

これにより第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。各実施形態において例えば、望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。

各実施形態においては、第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように移動（変移）させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正するようにしている。これにより、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なく防振を行うようにし、光学系全体が大型化するのを防止している。

次にレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図１４を用いて説明する。

図１４（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群（固定レンズ群）Ｙ１、偏心群(偏心レンズ群、シフト群)Ｙ２そして固定群（固定レンズ群）Ｙ３の３つのレンズ群から成り立っている。そして、光学系から十分に離れた光軸Ｌａ上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図１４（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点Ｐ'にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。

一方、偏心群Ｙ２を光軸Ｌａと垂直方向に移動させると、図１４（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ"に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図１４（Ｂ）で、手振れによってずれた像点ｐ'を偏心群Ｙ２を適切な量だけ光軸と垂直方向に移動させることによって、もとの結像位置ｐに戻すことで図１４（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。

今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量（シフト量）をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとするとΔは以下の式で与えられる。

Δ＝ｆ・tan（θ） ／ ＴＳ
今、偏心群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、移動量Δは小さな値となり防振に必要なシフト群Ｙ２の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤなどの撮像素子のイメージサイズが銀塩フィルムと比べて小さく、同一画角に対する焦点距離が短いため、同一角度を補正するための偏心群Ｙ２のシフト量Δが小さくなる。従って、メカの精度が同程度だと画面上での補正残りが相対的に大きくなることになってしまう。

一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群Ｙ２の移動量が大きくなってしまい、偏心群Ｙ２を駆動するためのアクチュエーターなどの駆動手段も大きくなってしまう。

各実施形態では、各レンズ群の屈折力配置を適切な値に設定することで、第３レンズ群Ｌ３の偏心敏感度ＴＳを適正な値とし、メカの制御誤差による防振の補正残りが少なく、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。

次に各実施形態のレンズ構成の特徴について説明する。
（ア−１） 第１レンズ群Ｌ１を、物体側より順に、物体側に比べ、像側に屈折力の絶対値に大きい凹面を向けた負レンズＧ１１、正レンズＧ１２、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス形状の正レンズＧ１３、Ｇ１４で構成している。負レンズＧ１１と正レンズＧ１２は独立又は接合されている。

実施形態１では正レンズＧ１２と正レンズＧ１４、実施形態２では正レンズＧ１２、実施形態３では正レンズＧ１２、正レンズＧ１３、正レンズＧ１４に異常分散性の硝材を使用することで第１レンズＬ１群で発生する色収差を良好に補正している。特に焦点距離が長くなったときに補正が困難になる２次スペクトルを良好に補正している。

特に実施形態２では正レンズＧ１２にアッベ数νｄが９０以上の異常分散性の硝材を用いて、２次スペクトルを良好に補正している。

又、２次スペクトルを抑制する為に第１レンズ群Ｌ１中の負レンズＧ１１の材料のアッベ数をν−、部分分散比をＰｇｆとするとき、
３０ ＜ ν− ＜ ４０ ・・・（１）
Ｐｇｆ− ＜ ０．６ ・・・（２）
なる条件式を満足している。
但し Ｐｇｆ＝ （Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）
Ｎｇ，Ｎｃ，Ｎｆは各々ｇ線、ｃ線、ｆ線に対する材料の屈折率である。

条件式（１）の下限を超えると負レンズＧ１１と正レンズＧ１２材料の分散の差が大きくなって、２波長での色消しを行う際に、各レンズの屈折力が弱くなって望遠端での球面収差の補正等には有利となる。２次スペクトルを補正するための適切な硝材の選択が出来なくなってしまう。逆に上限を超えると各レンズの屈折力が強くなりすぎて望遠端での球面収差等が困難になるので良くない。また条件式（２）の上限を超えると正レンズＧ１２と負レンズＧ１１の材料の部分分散比の差が大きくなって２次スペクトルの補正が難しくなってくる。

更に好ましくは、条件式（１）、（２）の数値範囲を
３２ ＜ ν− ＜ ３８ ・・・（１ａ）
Ｐｇｆ− ＜ ０．５９ ・・・（２ａ）
とするのが良い。

（ア−２） 第１レンズ群Ｌ１を構成する複数（２枚以上）の正レンズの材料の平均アッベ数をν＋とするとき、
ν＋ ＞ ７５ ・・・（３）
なる条件を満足している。条件式（３）の下限を超えると条件式（１）の条件下で色収差の補正を行おうとすると各レンズの屈折力が大きくなり過ぎて他の諸収差、特に望遠端における球面収差やコマ収差の補正が困難になるので良くない。

更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を
ν＋ ＞ ７６ ・・・（３ａ）
とするのが良い。

（ア−３） 第１レンズ群Ｌ１の最も物体側に負レンズを配置している。これによって第１レンズ群と第２レンズ群間の主点間隔を小さくして前玉有効径が小さくなるようにしている
（ア−４） 通常、民生用の４つのレンズ群より成るズームレンズでは第１レンズ群は１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成されている。低分散硝材は屈折率も低いため、これをそのまま第１レンズ群中に使用すると各レンズの曲率が大きくなって望遠端における球面収差の補正が困難になる。

そこで各実施形態では第１レンズ群Ｌ１を１枚の負レンズと３枚の正レンズより構成することで正レンズの各レンズ面の曲率を適切な範囲とすることが出来、望遠端での球面収差を良好に補正している。

（ア−５） 第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第１レンズ群Ｌ１中の負レンズＧ１２の焦点距離をｆ１Ｎとするとき
１．２ ＜ ｜ｆ１Ｎ｜／ｆ１ ≦ １．８４７・・・（４）
なる条件式を満足している。条件式（４）の下限を超えると広角端での歪曲の補正が困難になるので良くない。また上限を超えると第１レンズ群Ｌ１内での色収差の補正が十分に行えないので良くない。

更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を
１．４ ＜ ｜ｆ１Ｎ｜ｆ１ ≦ １．８４７ ・・・（４ａ）
とするのが良い。

（ア−６） 実施形態１、３では十分な色収差補正効果を得る為に第１レンズ群Ｌ１中に材料のアッベ数をν＋とするとき、
ν１＋ ＞ ８０ ・・・（５）
なる条件式を満足する正レンズを２枚以上有している。

（ア−７） 良好な光学性能を維持しつつ、ズームレンズ全系の小型化を図る為に、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとするとき
１．７＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．９ （６）
０．３＜|ｆ２|／√（ｆｗ・ｆｔ）＜０．６ （７）
なる条件式を満足している。

条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を規定する式である。条件式（６）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなると、条件式（１）、（２）を満たしていても二次スペクトルの発生量が大きくなってくるので好ましくない。また、広角側で発生する倍率色収差が大きくなり補正困難となるためよくない。逆に上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱まると、レンズ全長が長くなり全系の小型化が難しくなる。

条件式（７）は、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を規定する式である。条件式（７）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなると、変倍時の第２レンズ群Ｌ２の移動量は小さくなるが、ペッツバール和が全体に負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に条件式（７）の上限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の変倍時の移動量が大きくなり、レンズ系全体が小型にならないので良くない。

更に好ましくは条件式（６）、（７）の数値範囲を
２．０＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．５ （６ａ）
０．４＜|ｆ２|／√（ｆｗ・ｆｔ）＜０．５ （７ａ）
とするのが良い。

（ア−８） デジタルスチルカメラ用のズームレンズでは高解像力が要望されており、特に変倍に伴う倍率色収差を通常のビデオカメラ用のズームレンズに比べて、より良好に補正することが要望されている。そのため、第２レンズ群Ｌ２を、３枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズより構成している。負レンズが２枚だけでは、全長短縮のために第２レンズ群Ｌ２の屈折力を大きくして変倍における移動量を小さくしようとすると、倍率色収差の補正が困難になる。

この為第２レンズ群Ｌ２を物体側より順に、物体側に比べ像側に屈折力の絶対値が大きい凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズを有するように構成する。これにより第２レンズ群Ｌ２の主点の色消しを効果的に行って変倍に伴う倍率色収差の変動を良好に補正している。

（ア−９） 球面収差や歪曲などの諸収差を良好に補正するために、第１レンズ群Ｌ１中の負レンズＧ１１の物体側の面の曲率半径をＲ１１ａ、像側の面の曲率半径をＲ１１ｂとするとき
−３．８ ＜（Ｒ１１ｂ＋Ｒ１１ａ）／（Ｒ１１ｂ−Ｒ１１ａ）＜−２．０
・・・（８）
なる条件式を満足している。

条件式（８）の下限を超えると、望遠端で球面収差の補正が困難になるので良くない。逆に上限を超えると広角端での歪曲収差の補正が困難になるので良くない。

更に好ましくは、条件式（８）の数値範囲を
−３．０＜（Ｒ１１ｂ＋Ｒ１１ａ）／（Ｒ１１ｂ−Ｒ１１ａ）＜−２．２
・・・（８ａ）
とするのが良い。

（ア−１０） 第１レンズ群Ｌ１のもっとも物体側の正レンズＧ１２の物体側の面の曲率半径をＲ１２ａ、像側の面の曲率半径をＲ１２ｂとするとき
０．５５＜（Ｒ１２ｂ＋Ｒ１２ａ）／（Ｒ１２ｂ−Ｒ１２ａ）＜１．１・・・（９）
なる条件式を満足している。

条件式（９）の下限を超えると望遠端での球面収差の補正が困難になるので良くない。逆に上限を超えると望遠端での歪曲の補正が困難になる。

更に好ましくは条件式（９）の数値範囲を
０．６０＜（Ｒ１２ｂ＋Ｒ１２ａ）／（Ｒ１２ｂ−Ｒ１２ａ）＜１．０・・（９ａ）
とするのが良い。

（ア−１１） 第３レンズ群をＬ３の一部又は全部を光軸に垂直方向の成分を持つようにシフトすることで防振を行っている。各実施形態では第３レンズＬ３全体をシフトさせている。

光学性能、特に防振時の光学性能を良好に維持しつつ光学全長の小型化を達成する為に、第３レンズ群Ｌ３を２枚以上の正レンズと１枚以上の負レンズより構成している。特に、第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと物体側に比べ像面側に屈折力の絶対値が大きい凹面を有するメニスカス形状の負レンズを配置することで収差補正と全長短縮を両立を図っている。

更に、より良い光学性能を達成する為に、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側に位置している正レンズＧ３１の物体側の面の曲率半径をＲ３１ａとする。像側の面の曲率半径をＲ３１ｂとする。第３レンズ群Ｌ３の負レンズＧ３２の物体側の面の曲率半径をＲ３２ａとする。像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとするとき、
１．３＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜２．３・・・（１０）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５
・・・（１１）
の条件式を満足している。

条件式（１０）は、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の正レンズの形状因子を規定する式である。条件式（１０）の上限を超えて、メニスカスの度合いが強まると各レンズ面で発生するコマ収差が大きくなり、高次のコマ収差が発生する。特に、防振時の偏芯コマ収差の発生が顕著になり、防振時の性能劣化となるためよくない。また下限を超えて両凸形状となると、物体側の面で発生する倍率色収差を像側面で補正する作用が弱まるためよくない。

条件式（１１）は、第３レンズ群Ｌ３の負レンズの形状因子を規定する式である。条件式（１１）の下限を超えてメニスカスの度合いが強まると、像側のレンズ面において一次の軸上色収差が補正過剰に作用し、ｇ線がｄ線に対してオーバーとなりすぎるためよくない。また上限を超えてメニスカスの度合いが弱まると、第３レンズ群Ｌ３をテレフォト構成とする作用が弱まり、レンズ全長が長くなるためよくない。

このような負レンズを設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生する。これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。この減少を低減させるには、第３レンズ群Ｌ３全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。

各実施形態では、負レンズの像面側に正レンズを配置することによってある程度のテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群Ｌ３内で歪曲収差を補正し、第３レンズ群Ｌ３をシフトして防振を行う際に、発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。

更に好ましくは条件式（１０）、（１１）の数値範囲を
１．５＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜２．０・・・（１０ａ）
−３．５＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−２．０
・・・（１１ａ）
とするのが良い。

（ア−１２） 第４レンズ群Ｌ４を２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成して、変倍時やフォーカス時に第４レンズ群Ｌ４が移動する事により発生する球面収差や像面湾曲の変動を低減している。

更に第４レンズ群Ｌ４の少なくとも１枚の正レンズは非球面を有している。

（ア−１３） 防振時の光量変化の低減を達成するためには変倍時に絞り開口径を望遠側で小さくして中心光束を制限することで相対的に周辺光量を増加するようにしている。

第３レンズ群Ｌ３は防振のために主軸と垂直方向の成分を持つように移動する分、レンズ径をそれだけ大きくしてやる必要がある。従って、Ｆナンバーで規制する以外の余計な軸上光束が入り過ぎないようにする為に、第３レンズ群Ｌ３の物体側あるいは像面側に固定の絞りを配置している。各実施形態では、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間に固定絞りＦＰを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が通過しないようにしている。

次に本発明の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（光学機器）の実施形態を図１５を用いて説明する。

図１５において、１０はカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は被写体像を観察するためのファインダーである。

１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチである。このように本発明のズームレンズを光学機器に適用することにより小型で高い光学性能を有する光学機器を達成している。

以上のように、構成することにより各実施形態によれば望遠端の色収差を良好に補正し、かつズーム全域に渡って良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。

特に、変倍比８以上の大きな変倍比を持ちながら、従来のビデオカメラ用のズームレンズと比較して望遠側の二次スペクトルが良好に補正され高い光学性能を有する。そして、１００万画素以上の画素を有し、形成された像を受光する撮影素子を有するデジタルカメラにも十分対応できる光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する各種の光学機器を実現することが出来る。

次に、本発明の実施形態１〜３に各々対応する数値実施例１〜３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し、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、Ｎｉとνｉ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。

またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・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]＋Ｂｈ⁴＋Ｃｈ⁶＋Ｄｈ⁸＋Ｅｈ¹⁰＋Ｆｈ¹²＋Ｇｈ¹⁴＋Ｈｈ¹⁶
で表示される。但しＲは曲率半径である。また例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。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。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーωは半画角を示す。

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
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り
ＦＰ フレアーカット絞り
ＩＰ 結像面
Ｇ ＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
ω 半画角
ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (11)

1. 物体側より順に、変倍及び合焦の為に光軸方向に不動で正の屈折力の第１レンズ群、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、変倍により変動する像面の補正機能と合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群より構成されたズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は１枚以上の負レンズと複数の正レンズを有し、前記第１レンズ群中の１つの負レンズの材料のアッベ数をν−、部分分散比をＰｇｆ−、前記第１レンズ群中の複数の正レンズの材料の平均アッベ数をν＋、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第１レンズ群中の負レンズの焦点距離をｆ１Ｎとするとき、
   ３０ ＜ ν− ＜ ４０
   Ｐｇｆ− ＜ ０．６
   ν＋ ＞ ７５
   １．２ ＜ ｜ｆ１Ｎ｜／ｆ１ ≦ １．８４７
   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１レンズ群は、物体側より順に、物体側に比べ像側に屈折力の絶対値が大きい凹面を向けた負レンズ、正レンズ、正レンズを有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、物体側より順に、物体側に比べ像側に屈折力の絶対値が大きい凹面を向けた負レンズ、正レンズ、正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズより成ることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群は、材料のアッベ数をν１＋とするとき、
   ν１＋ ＞ ８０
   を満足する正レンズを２枚以上有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レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   １．７＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．９
   ０．３＜|ｆ２|／√（ｆｗ・ｆｔ）＜０．６
   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１レンズ群中の１つの負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１１ａ、像側の面の曲率半径をＲ１１ｂとするとき、
   −３．８＜（Ｒ１１ｂ＋Ｒ１１ａ）／（Ｒ１１ｂ−Ｒ１１ａ）＜ −２．０
   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レンズ群の最も物体側に位置する正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１２ａ、像側の面の曲率半径をＲ１２ｂとするとき、
   ０．５５＜（Ｒ１２ｂ＋Ｒ１２ａ）／（Ｒ１２ｂ−Ｒ１２ａ）＜ １．１
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項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３レンズ群の全体を光軸に対し垂直方向の成分を持つように変位させて光軸に対し垂直方向の像位置の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第３レンズ群は物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ３２を有し、前記正レンズＧ３１の物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記負レンズＧ３２の物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとするとき、
   １．３＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜２．３
   −４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５
   なる条件式を満足す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. 撮像素子に像を形成する為の光学系であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
11. 請求項１乃至１０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撮像素子を有することを特徴とする光学機器。