JP5694609B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、とくに、ビデオカメラや放送用カメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよびこのズームレンズを搭載した撮像装置に関するものである。

従来、上記分野に使用可能なズームレンズとして、物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を配列した４群構成のレンズ系が知られている。例えば、下記特許文献１〜３には、上記４群構成のズームレンズであって、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群および第３レンズ群が固定され、第２レンズ群および第４レンズ群が移動し、第４レンズ群で合焦を行うリアフォーカスタイプのレンズ系が記載されている。下記特許文献１〜３に記載のレンズ系は、第３レンズ群中の光学系の一部を光軸と垂直な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ように構成されている。

特開２００６−４７７７１号公報 特開２００７−３３５５３号公報 特開２００７−３２２６３５号公報

近年の撮像装置は、レンズ系と、このレンズ系により形成された像を撮像して電気信号を出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子とを組み合わせた電子撮像装置が一般的である。撮像素子の高画素化や小型化に伴い、電子撮像装置に搭載されるズームレンズには、高性能、広角、かつ高変倍比であることが求められ、さらに、低コスト化も強く要求されている。

しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、変倍比が１１〜１２程度であり、近年の高変倍比および広角化の要望を十分満たすものではない。特許文献２に記載のズームレンズは、変倍比が２０程度あり高変倍比と言えるが、広角化が達成できていない。特許文献３に記載のズームレンズは、２０程度の高変倍比を有するが、広角化が達成できていない。また、特許文献１〜３に記載されたズームレンズにおいては、第１レンズ群が大型であることから、コストの上昇を招いている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高性能かつ高変倍比を有し、広角化および低コスト化が図られ、良好な画像を取得可能なズームレンズおよびこのズームレンズを搭載し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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、第１レンズ群および第３レンズ群は光軸方向について固定されており、第２レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、第４レンズ群は光軸方向に移動するように構成されており、
第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および２枚の正レンズからなり、
第３レンズ群は、物体側から順に、固定された前群と、正の屈折力を有し、光軸と交わる方向にシフトすることによって像側の像をシフトさせることが可能な後群とからなり、
下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。

０．７＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１）
８．６＜Ｍｚ／ｆｗ＜１２．０ … （２）
ただし、
Ｒｓ１：第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も物体側の面の曲率半径
Ｒｓ２：第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も像側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
Ｍｚ：広角端から望遠端への変倍時の第２レンズ群の移動量
本発明のズームレンズは、４つのレンズ群からなるものであるが、４つのレンズ群以外に、実質的にパワーを持たないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つものを含むものであってもよい。

また、レンズ群とは、必ずしも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。

また、本発明においては、凸面、凹面、平面、両凹、メニスカス、両凸、平凸および平凹等といったレンズの面形状、正および負といったレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものについてはとくに断りのない限り近軸領域で考えるものとする。また、本発明においては、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸面を向けた場合を正、像側に凸面を向けた場合を負とすることにする。

なお、本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）、（２−１）の少なくとも１つを満足することがより好ましい。

０．８＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１−１）
８．８＜Ｍｚ／ｆｗ＜１１．５ … （２−１）
また、本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。

２．０＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３）
２．４＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３−１）
ただし、
ｆ１２ｗ：広角端における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群は、凸面と凹面とを向き合わせた空気間隔、および負レンズと正レンズとの接合面を含み、
下記条件式（４）さらには下記条件式（４−１）を満足することが好ましい。

２．５＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜５．０ … （４）
２．６＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜４．８ … （４−１）
ただし、
Ｒｚ１，Ｒｚ２：第２レンズ群における空気間隔を構成する曲率半径
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群の前群は、正レンズと負レンズとの接合レンズを含むことが好ましい。なお、前群の接合レンズを構成する正レンズおよび負レンズの物体側からの順序は、正レンズおよび負レンズであっても、負レンズおよび正レンズのいずれであってもよい。

また、本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。

０．８＜ｆ３ｒ／ｆ３＜２．０ … （５）
０．９＜ｆ３ｒ／ｆ３＜１．８ … （５−１）
ただし、
ｆ３ｒ：第３レンズ群の後群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群の後群は、物体側から順に、正レンズおよび正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、この接合レンズは負レンズよりも正レンズの方がアッベ数が大きい材質からなることが好ましい。なお、前群の接合レンズを構成する正レンズおよび負レンズの物体側からの順序は、正レンズおよび負レンズであっても、負レンズおよび正レンズのいずれであってもよい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群は、正レンズと負レンズとの接合レンズを含み、この接合レンズは負レンズよりも正レンズの方がアッベ数が大きい材質からなることが好ましい。なお、第４レンズ群の接合レンズを構成する正レンズおよび負レンズの物体側からの順序は、正レンズおよび負レンズであっても、負レンズおよび正レンズのいずれであってもよい。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、および正レンズからなり、最も像側の正レンズが非球面を含むことが好ましい。

本発明の撮像装置は、上記本発明のズームレンズを搭載したことを特徴とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、正の第３レンズ群と、正の第４レンズ群とからなり、変倍時に第２レンズ群および第４レンズ群が光軸方向に移動するズームレンズにおいて、第１レンズ群および第３レンズ群のレンズ構成を好適に設定し、条件式（１）および（２）を満足するようにしているため、高性能、高変倍比、広角化、および低コスト化を実現し、良好な画像を取得することが可能となる。

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えているため、安価に構成可能であり、高変倍で高画質の映像を取得することが可能となる。

本発明の実施例１に係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に係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１に係るズームレンズの各収差図（広角端） 本発明の実施例１に係るズームレンズの各収差図（中間域） 本発明の実施例１に係るズームレンズの各収差図（望遠端） 本発明の実施例２に係るズームレンズの各収差図（広角端） 本発明の実施例２に係るズームレンズの各収差図（中間域） 本発明の実施例２に係るズームレンズの各収差図（望遠端） 本発明の実施形態に係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係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は、本発明の実施形態に係る別の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２のズームレンズに対応している。図１および図２に示す例の基本的な構成は同様であり、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係るズームレンズについて説明する。

図１では、左側が物体側、右側が像側として図示している。本発明の実施形態に係るズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正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とが配列されてなる。

なお、図１には、第４レンズ群Ｇ４と像面Ｓｉｍとの間に平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。近年の撮像装置は高画質化のために各色毎に撮像素子を用いる方式を採用しているものがあり、この方式に対応するためには、色分解プリズム等の色分解光学系をレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に挿入することになる。また、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、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、赤外線カットフィルタやローパスフィルタ等の各種フィルタ等を配置することが好ましい。光学部材ＰＰは、これら色分解光学系、カバーガラスや各種フィルタ等を想定したものである。

本実施形態のズームレンズは、広角端から望遠端に変倍する際に、像面Ｓｉｍに対して、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定されており、第２レンズ群Ｇ２は光軸Ｚに沿って像側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に移動するように構成されている。開口絞りＳｔは図１に示す例では変倍時に固定されている。図１には、広角端から望遠端へ変倍するときの第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４の移動軌跡を各レンズ群の下方に模式的に実線の矢印で示している。なお、図１の移動軌跡においては、望遠端の位置を破線で示している。

本実施形態のズームレンズはリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群Ｇ４は変倍または物体距離変動時の像面の変動を補正するフォーカス群としての機能を有する。

図１に示す例では、開口絞りＳｔが第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に配置されている。本実施形態のズームレンズのような、物体側から順に、正、負、正、正のレンズ群を配置し、変倍時に第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が移動して、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３が固定されているタイプのズームレンズにおいては、径方向の小型化のためには開口絞りＳｔは、図１に示す例のようにレンズ系の中間またはその近傍、すなわち第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されることが好ましい。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。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズＬ１１と、正の屈折力を有しレンズＬ１１に接合されるレンズＬ１２と、正の屈折力を有するレンズＬ１３と、正の屈折力を有するレンズＬ１４とからなるように構成される。高性能かつ高変倍比のズームレンズを実現する場合、第１レンズ群Ｇ１には３枚以上の正レンズを含む計４枚以上のレンズが必要となりやすい。第１レンズ群Ｇ１を上記のレンズＬ１１〜Ｌ１４からなる３群４枚構成とすることで、レンズ枚数を極力抑えて小型化および低コスト化を図りながら、高性能かつ高変倍比を実現することが可能になる。

第２レンズ群Ｇ２は、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、負メニスカス形状のレンズＬ２１と、両凹形状のレンズＬ２２と、両凸形状のレンズＬ２３と、負の屈折力を有しレンズＬ２３に接合されるレンズＬ２４とからなるように構成することができる。なお、第２レンズ群Ｇ２においては、両凹形状のレンズＬ２２の像側の面と両凸形状のレンズＬ２３の物体側との面とが向き合って空気間隔を形成している。主に変倍作用を担う第２レンズ群Ｇ２を上記３群４枚構成とすることで、小型に構成しながら高性能かつ高変倍比を実現することが容易になる。また、レンズＬ２２とレンズＬ２３との間に空気間隔を含み、レンズＬ２３とレンズＬ２４との間に接合面を含んでいるため、色収差および像面湾曲を良好に補正することができる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、接合レンズを含み、相対的に弱い正または負の屈折力を有する前群Ｇ３ｆと、相対的に強い正の屈折力を有する後群Ｇ３ｒとからなるように構成される。後群Ｇ３ｒは、光軸Ｚに垂直な方向にシフトすることによって像をシフトさせることが可能な、防振用のレンズ群として使用される。

本実施形態のズームレンズの目標とする高変倍比の光学系では、微小の手ぶれによっても像の振れが大きくなるため、防振機能を持つことが望まれる。そこで、後群Ｇ３ｒを光軸Ｚに垂直な方向にシフトさせて、ズームレンズが振動したときの像の変位を補正するように構成されていることが好ましい。このように撮影レンズ系の一部を光軸Ｚに垂直な方向に偏心させて防振を行うことにより、防振のための特別な光学系が不要になる。

撮像素子が１つのみの単板方式用のレンズ系に比べて、３つの撮像素子を用いる方式用のレンズ系は、色分解光学系を挿入可能なように長いバックフォーカスが必要となる。長いバックフォーカスを得るためには、本実施形態のズームレンズのようなタイプの光学系では、一般に第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり、第３レンズ群Ｇ３の光軸に垂直な方向の偏心感度が小さくなる。このような第３レンズ群Ｇ３全体を光軸に垂直な方向に偏心させて防振を行おうとすると第３レンズ群Ｇ３の移動量が大きくなり、第３レンズ群Ｇ３のレンズの有効径が大きくなり、レンズ系および装置が大型化してしまう。

そこで、第３レンズ群Ｇ３を負の前群Ｇ３ｆと正の後群Ｇ３ｒとに分け、後群Ｇ３ｒに強い正の屈折力を持たせて後群Ｇ３ｒのみを光軸に垂直な方向に偏心させて防振を行うようにすれば、後群Ｇ３ｒの移動量や、レンズ系および装置のサイズを抑制することができる。そして、後群Ｇ３ｒが有する強い正の屈折力の一部と打ち消し合うように前群Ｇ３ｆの屈折力を適切に設定すれば、長いバックフォーカスを得ることができる。

また、第３レンズ群Ｇ３における前群Ｇ３ｆを負の屈折力を有するものとした場合、物体側から順に、負の前群Ｇ３ｆ、正の後群Ｇ３ｒとした配列となり、これにより、負の第２レンズ群Ｇ２からの射出光を直ぐに負の前群Ｇ３ｆによって光線を光軸から離れる方向に導くことができるため、長いバックフォーカスに貢献することができる。

後群Ｇ３ｒを防振用のレンズ群として用いる場合、後群Ｇ３ｒを駆動する駆動機構のスペースが必要となるため、開口絞りＳｔから離れた位置にあることが好ましい。上述したように開口絞りＳｔは第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置される傾向にあることから、防振に寄与するレンズ群は像側に位置することが好ましい。このような事情からも、第３レンズ群Ｇ３における上記配列は好適と言える。

前群Ｇ３ｆが有する接合レンズは、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズＬ３１、および負の屈折力を有するレンズＬ３２と正の屈折力を有するレンズＬ３３とを接合した１組の接合レンズからなるように構成することができる。これにより、色収差補正の良好なバランスとレンズ系の小型化に寄与することができる。なお、図１に示す例においては、前群Ｇ３ｆの接合レンズは物体側から順に負レンズおよび正レンズが接合されているが、負レンズおよび正レンズの物体側からの順序はこれに限定されるものではなく、例えば図２の例に示すように、物体側から順に正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとしてもよい。

後群Ｇ３ｒは、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズＬ３４、および負の屈折力を有するレンズＬ３５と正の屈折力を有するレンズＬ３６との接合レンズからなり、接合レンズを構成する正のレンズＬ３６を負のレンズＬ３５よりもアッベ数が大きい材質からなるように構成することが好ましい。これにより、色収差補正の良好なバランスとレンズ系の小型化に寄与することができる。

なお、図１に示す例においては、後群Ｇ３ｒの接合レンズは物体側から順に負レンズおよび正レンズとが接合されているが、負レンズおよび正レンズの物体側からの順序はこれに限定されるものではなく、物体側から順に正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとしてもよい。

第４レンズ群Ｇ４は、例えば、２枚の正の屈折力を有するレンズと、１枚の負の屈折力を有するレンズからなる３枚構成とすることができる。例えば、図１に示す例では、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズＬ４１と、負の屈折力を有しレンズＬ４１に接合されるレンズＬ４２と、正の屈折力を有するレンズＬ４３とからなり、接合レンズを構成する正のレンズＬ４１を負のレンズＬ４２よりもアッベ数が大きい材質からなるように構成することが好ましい。これにより、色収差補正の良好なバランスとレンズ系の小型化に寄与することができる。また、レンズＬ４３は非球面を含むことが好ましく、これにより、良好な収差補正が可能となる。

なお、図１に示す例においては、第４レンズ群Ｇ４の接合レンズは物体側から順に正レンズおよび負レンズが接合されているが、正レンズおよび負レンズの物体側からの順序はこれに限定されるものではない。

本実施形態のズームレンズは、下記条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。

０．７＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１）
８．６＜Ｍｚ／ｆｗ＜１２．０ … （２）
ただし、
Ｒｓ１：第１レンズ群Ｇ１を構成する接合レンズの、最も物体側の面の曲率半径
Ｒｓ２：第１レンズ群Ｇ１を構成する接合レンズの、最も像側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
Ｍｚ：広角端から望遠端への変倍時の第２レンズ群Ｇ２の移動量
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する接合レンズの、最も物体側の面の曲率半径と最も像側の面の曲率半径との関係に関する式である。条件式（１）式の下限を下回ると、軸外光束の取り込みが困難となる。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１を構成する接合レンズが大型化し、接合レンズを構成する材質のコストが上昇するため、低コスト化の達成が困難となる。

条件式（２）は、広角端から望遠端への変倍時の第２レンズ群Ｇ２の移動量と、広角端における全系の焦点距離との比に関する式である。条件式（２）の下限を下回ると、高変倍比の達成が困難となる。条件式（２）の上限を上回ると、レンズ系が大型化する。

なお、上記の作用効果を高めるためには、下記条件式（１−１）、（２−１）の少なくとも１つを満足することがより好ましい。

０．８＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１−１）
８．８＜Ｍｚ／ｆｗ＜１１．５ … （２−１）
本実施形態のズームレンズにおいては、下記条件式（３）を満足することが好ましい。

２．０＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３）
ただし、
ｆ１２ｗ：広角端における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
条件式（３）は、広角端における第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離と、広角端における全系の焦点距離との比に関する式である。条件式（３）の下限を下回ると、広角端における第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２との合成光学系の負の屈折力が強くなり、収差の補正が困難となる。条件式（３）の上限を上回ると広角化が困難となる。

上記の作用効果を高めるためには、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。

２．４＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３−１）
本実施形態のズームレンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましい。

２．５＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜５．０ … （４）
ただし、
Ｒｚ１，Ｒｚ２：第２レンズ群Ｇ２における空気間隔を構成するレンズの曲率半径
条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２における空気間隔を構成するレンズの曲率半径に関する式である。なお、第２レンズ群Ｇ２における空気間隔を構成するレンズは、例えば図１に示すレンズＬ２２およびレンズＬ２３である。条件式（４）の範囲を逸脱すると、広角側の像面湾曲および望遠側のコマ収差が悪化する。

上記の作用効果を高めるためには、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。

２．６＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜４．８ … （４−１）
本実施形態のズームレンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましい。

０．８＜ｆ３ｒ／ｆ３＜２．０ … （５）
ただし、
ｆ３ｒ：第３レンズ群Ｇ３の後群Ｇ３ｒの焦点距離
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
条件式（５）は、第３レンズ群の後群Ｇ３ｒの焦点距離と、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離との比に関する式である。条件式（５）の下限を下回ると、球面収差およびコマ収差が悪化する。条件式（５）の上限を上回ると、像面変動補正時の移動量が大きくなり、レンズ系が大型化する。

上記の作用効果を高めるためには、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。

０．９＜ｆ３ｒ／ｆ３＜１．８ … （５−１）
本実施形態のズームレンズによれば、上記構成を適宜採用することにより、高変倍比、例えば２０倍程度の変倍比を有し、高性能であり、広角化、小型化および低コスト化が図られ、良好な画像を取得可能なズームレンズを提供することができる。

なお、本実施形態のズームレンズに耐環境性が求められる場合は、全系の最も物体側のレンズはガラス材質からなることが好ましい。最も物体側に配置されるレンズは、監視カメラの用途等で屋外で使用される場合は、常に太陽光に晒されるため、プラスチックレンズで構成すると、劣化や変質が懸念される。

本実施形態の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を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材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等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および２のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１および図２に示したものである。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、その他のデータを表２に、非球面係数を表３に示す。同様に、実施例２のズームレンズの基本レンズデータ、その他のデータ、非球面係数を表４〜表６に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２のものについても基本的に同様である。なお、表１〜６に示す各数値データは、広角端の焦点距離が１となるように規格化されている。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を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の欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄には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、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

また、基本レンズデータにおいて、ｎｄｊの欄に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、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素の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（絞り）”と記載している。

表１の基本レンズデータにおけるＤ７、Ｄ１４、Ｄ２５、Ｄ３０は、変倍時に変化する面間隔である。Ｄ７は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、Ｄ１４は第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔとの間隔であり、Ｄ２５は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔であり、Ｄ３０は第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰとの間隔である。ここで、基本レンズデータおよびその他のデータにおいて、面間隔Ｄ７、Ｄ１４、Ｄ２５、Ｄ３０の欄には、可変であることをそれぞれＤＤ［７］，ＤＤ［１４］，ＤＤ［２５］，ＤＤ［３０］と記載している。なお、実施例２では上記Ｄ１４の代わりにＤ１６を用いている。なお、図１および図２においては、変倍時に変化する面間隔のみを図示している。

表２のその他のデータには、広角端、中間域および望遠端での無限遠合焦状態における、ズーム倍率、全系の焦点距離（ｆ′）、バックフォーカス（空気換算長）Ｂｆ′、Ｆ値（ＦＮｏ．）、全画角（２ω）、変倍時に変化する各面間隔の値を示している。なお、表２の変倍時に変化する面間隔において、「ｉｎｆ」の添え字が付与されていないものは、７００ｍｍの合焦状態における面間隔を示す。

表１のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。表１の基本レンズデータには、これらの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。

また表３には、実施例１に係るズームレンズの非球面係数を示す。ここでは、非球面の面番号と、その非球面に関する非球面係数を示す。ここで非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０^-n」を意味する。なお非球面係数は、下記非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍの値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｍ・ｈ^m
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、Ａｍ：非球面係数
実施例１に係るズームレンズの非球面は、上記非球面式に基づき、非球面係数ＡｍについてはＡ３〜Ａ１６までの次数を有効に用いて表している。

以下に記載する表では、所定の桁で丸めた数値を記載している。また、以下に記載する表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小して使用することが可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。

上記実施例１，２は全て、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１と、負の第２レンズ群Ｇ２と、正の第３レンズ群Ｇ３と、正の第４レンズ群Ｇ４とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定されており、第２レンズ群Ｇ２は光軸Ｚに沿って像側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に移動して変倍または物体距離変動に伴う像面の変動を補正するように構成されている。また、上記実施例１，２全てにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および２枚の正レンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、固定された前群Ｇ３ｆと、正の屈折力を有し、光軸Ｚと交わる方向にシフトすることによって像側の像をシフトさせることが可能な後群Ｇ３ｒとからなるように構成されている。また、後群Ｇ３ｒを光軸Ｚに垂直な方向に移動させてズームレンズが振動したときの像の変位を補正するように構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３の前群Ｇ３ｆは、実施例１においては正の屈折力を、実施例２においては負の屈折力を有するものとなっている。

表７に、実施例１，２に係るズームレンズの条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。表７から分かるように、実施例１，２のいずれも、条件式（１）〜（５）を満足している。

実施例１のズームレンズの広角端における球面収差、正弦条件違反量、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に示し、中間域における球面収差、正弦条件違反量、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図４（Ａ）〜図４（Ｅ）に示し、望遠端における球面収差、正弦条件違反量、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）をそれぞれ図５（Ａ）〜図５（Ｅ）に示す。なお、図３〜図５においては、７００ｍｍの合焦状態における各収差を示す。また、数値データが広角端の焦点距離が１となるように規格化されているため、球面収差、正弦条件違反量および非点収差の単位は省略している。

各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図には、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）および波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。倍率色収差図には、Ｃ線およびＦ線についての収差を示す。ＦＮｏ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２のズームレンズの広角端、中間域および望遠端における各収差図を図６〜図８の（Ａ）〜（Ｅ）のそれぞれに示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、実施例１，２に係るズームレンズは、小型化を図りつつ、高変倍比を有し、広角端における画角は７６．４°と広角化を達成しており、広角端におけるＦナンバーは１．６６〜１．６７と明るいレンズ系となっていることが分かる。また、各収差が良好に補正されていることが分かる。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図９に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態のズームレンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、監視カメラ等を挙げることができる。

図９に示す撮像装置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フィルタ２と、ズームレンズ１によって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、ズームレンズ１の変倍を行うための変倍制御部５と、フォーカス調整を行うためのフォーカス制御部６とを備える。

ズームレンズ１は、変倍時に固定されている正の第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に光軸Ｚに沿って移動する負の第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、変倍時に固定されている正の第３レンズ群Ｇ３と、変倍時に光軸Ｚに沿って移動しフォーカス調整を行う正の第４レンズ群Ｇ４とを有する。なお、図９では各レンズ群を概略的に示している。撮像素子３は、ズームレンズ１により形成される光学像を撮像して電気信号を出力するものであり、その撮像面はズームレンズ１の像面に一致するように配置される。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

なお、図９では図示していないが、撮像装置１０は、第３レンズ群Ｇ３の一部を構成する正の屈折力を有する後群Ｇ３ｒを光軸Ｚに垂直な方向に移動させて、振動や手ぶれ時の撮影画像のぶれを補正するぶれ補正制御部をさらに備える。

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、非球面係数等の値は、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。

Claims (14)

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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は光軸方向について固定されており、前記第２レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、前記第４レンズ群は光軸方向に移動するように構成されており、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および２枚の正レンズからなり、
   前記第３レンズ群は、物体側から順に、固定された前群と、正の屈折力を有し、光軸と交わる方向にシフトすることによって像側の像をシフトさせることが可能な後群とからなり、
   下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   ０．７＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１）
   ８．６＜Ｍｚ／ｆｗ＜１２．０ … （２）
   ただし、
   Ｒｓ１：前記第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も物体側の面の曲率半径
   Ｒｓ２：前記第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も像側の面の曲率半径
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
   Ｍｚ：広角端から望遠端への変倍時の前記第２レンズ群の移動量
2. 下記条件式（１−１）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   ０．８＜（Ｒｓ１＋Ｒｓ２）／（Ｒｓ１−Ｒｓ２）≦１．０ … （１−１）
   ただし、
   Ｒｓ１：前記第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も物体側の面の曲率半径
   Ｒｓ２：前記第１レンズ群を構成する接合レンズの、最も像側の面の曲率半径
3. 下記条件式（２−１）を満足することを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
   ８．８＜Ｍｚ／ｆｗ＜１１．５ … （２−１）
   ただし、
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
   Ｍｚ：広角端から望遠端への変倍時の前記第２レンズ群の移動量
4. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ２．０＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３）
   ただし、
   ｆ１２ｗ：広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
5. 下記条件式（３−１）を満足することを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
   ２．４＜｜ｆ１２ｗ／ｆｗ｜＜３．０ … （３−１）
   ただし、
   ｆ１２ｗ：広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
6. 前記第２レンズ群は、凸面と凹面とを向き合わせた空気間隔、および負レンズと正レンズとの接合面を含み、
   下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ２．５＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜５．０ … （４）
   ただし、
   Ｒｚ１，Ｒｚ２：前記第２レンズ群における前記空気間隔を構成する曲率半径
7. 下記条件式（４−１）を満足することを特徴とする請求項６記載のズームレンズ。
   ２．６＜｜（Ｒｚ１＋Ｒｚ２）／（Ｒｚ１−Ｒｚ２）｜＜４．８ … （４−１）
   ただし、
   Ｒｚ１，Ｒｚ２：前記第２レンズ群における前記空気間隔を構成する曲率半径
8. 前記第３レンズ群の前記前群は、正レンズと負レンズとの接合レンズを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ０．８＜ｆ３ｒ／ｆ３＜２．０ … （５）
   ただし、
   ｆ３ｒ：前記第３レンズ群の後群の焦点距離
   ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
10. 下記条件式（５−１）を満足することを特徴とする請求項９記載のズームレンズ。
    ０．９＜ｆ３ｒ／ｆ３＜１．８ … （５−１）
    ｆ３ｒ：前記第３レンズ群の後群の焦点距離
    ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
11. 前記第３レンズ群の前記後群は、物体側から順に、正レンズおよび正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、該接合レンズは負レンズよりも正レンズの方がアッベ数が大きい材質からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
12. 前記第４レンズ群は、正レンズと負レンズとの接合レンズを含み、該接合レンズは負レンズよりも正レンズの方がアッベ数が大きい材質からなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
13. 前記第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、および正レンズからなり、最も像側の該正レンズが非球面を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
14. 請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。