JP5930895B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ズームレンズに関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、あるいは監視カメラ等のように、撮像素子を用いた撮像装置に好適なものである。
近年、撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系としては、レンズ全長が短くコンパクト（小型）でしかも広画角、高ズーム比で高性能（高解像力）なズームレンズであることが要求されている。全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型（負先行型）のズームレンズが知られている。
一方、近年多くの撮像装置にはオートフォーカス（ＡＦ）装置が搭載されている。一眼レフカメラ等に用いられる撮影光学系では、高速かつ高精度なオートフォーカスを達成するべく、フォーカスレンズ群を小型軽量化することが強く要望されている。また、近年、一眼レフカメラにおいて動画撮影機能を有することが要望されており、ＡＦ方式としては動画撮影中に、画像のコントラストをリアルタイムで判定しながら合焦動作を行う、所謂コントラスト検出ＡＦ方式が用いられている。
コントラスト検出ＡＦでは、フォーカスレンズ群を光軸方向に高速（例えば動画においても合焦動作に違和感を覚えないように３０フレーム／秒程度）で振動駆動し、画像のコントラストの変化から合焦位置を算出している（ウォブリング動作）。このため、これらコントラスト検出ＡＦに対応した撮影光学系においては、フォーカスレンズ群が小型、軽量であることが求められている。
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、正、負、正の屈折力のレンズ群よりなる５群ズームレンズが知られている。この５群ズームレンズにおいて、比較的レンズ径が小さく、軽量な第２レンズ群をフォーカスレンズ群とすることで、フォーカスレンズ群の小型軽量化を図った５群ズームレンズが知られている（特許文献１、２）。
また、ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側から像側へ順に、負、正、負、正の屈折力のレンズ群からなり、各レンズ群間隔を変化させてズーミングを行う４群ズームレンズが知られている。この４群ズームレンズにおいて、小型軽量の第３レンズ群でフォーカシングを行う４群ズームレンズが知られている（特許文献３、４）。
特開２００９−２５１１１２号公報 特開２００９−２５１１１７号公報 特開２００３−１３１１３０号公報 特開２００１−３４３５８４号公報
ネガティブリード型のズームレンズにおいて、広画角化を図りつつレンズ系全体の小型化そして小型軽量のレンズ群で高速なフォーカシングを行うには、ズームタイプや各レンズ群の屈折力（パワー）、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。
例えば前述した４群ズームレンズにおいては、第１、第２、第３レンズ群の屈折力やフォーカスレンズ群である第３レンズ群の結像倍率等を適切に設定することが重要となる。これらの構成等を適切に設定しないと、全系の小型化を図りつつ、広画角で全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、高速なフォーカシングを行うのが困難になってくる。
例えば、フォーカスレンズ群を少ないレンズ枚数で構成し、小型化を図る場合、フォーカスレンズ群の屈折力を強め過ぎると、フォーカスレンズ群の残存収差が大きくなり、フォーカシングに際して収差変動が大きくなってしまう。このため、あまり屈折力を強めることができない。
特許文献１及び２では、第２レンズ群と第３レンズ群を合成したレンズ群を正の屈折力のレンズ群と考えた時、一般的な負、正、負、正の４群ズームレンズの正の屈折力の第２レンズ群に対し、主点位置が大きく物体側にずれてしまう。特に広角端においてバックフォーカスを確保することが困難となる。また、各レンズ群の屈折力が強くなる傾向にあり、ズーミングに際しての収差変動を補正するための適切な屈折力配置を取れず、高性能化と小型化が困難になってくる。
本発明は、広画角であり、全ズーム領域及び全フォーカス領域で高い光学性能を有し、高速なフォーカシングが容易なズームレンズ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、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、正の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングに際して各レンズ群が移動し、ズーミング及びフォーカシングの少なくとも一方のために隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、望遠端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２ｔ、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、
−１．５０＜ｆｔ／ｆ１２ｔ＜−０．０５
−１．２０＜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ３＜−０．２０
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、広画角であり、全ズーム領域及び全フォーカス領域で高い光学性能を有し、高速なフォーカシングが容易なズームレンズが得られる。
実施例１の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例１の広角端、望遠端における収差図 実施例２の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例２の広角端、望遠端における収差図 実施例３の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例３の広角端、望遠端における収差図 実施例４の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例４の広角端、望遠端における収差図 実施例５の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例５の広角端、望遠端における収差図 実施例６の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例６の広角端、望遠端における収差図 本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の要部概略図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。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、正の屈折力の第４レンズ群を有している。ズーミングに際して各レンズ群が移動し、ズーミング及びフォーカシングの少なくとも一方のために隣り合うレンズ群の間隔が変化する。無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第３レンズ群が物体側へ移動する。
図１、図３、図５、図７、図９、図１１は本発明の実施例１乃至６のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２、図４、図６、図８、図１０、図１２は本発明の実施例１乃至６の収差図である。収差図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端（長焦点距離端）における収差図である。図１３は、本発明のズームレンズを備えるカメラ（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ビデオカメラやデジタルカメラ、銀塩フィルムカメラ、ＴＶカメラなどの撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。
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、ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｌｉは第ｉレンズ群を示す。ＳＰは開口絞りである。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、監視カメラの撮影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。また、銀塩フィルムカメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際には、フィルム面に相当する。
矢印は広角端から望遠端への変倍に際して、各レンズ群の移動軌跡を示している。またFocusに関する矢印は無限遠物体から近距離物体へフォーカシングするときのレンズ群の移動方向を示している。球面収差図において、実線、二点鎖線、点線はそれぞれｄ線、ｇ線、Ｃ線を示している。非点収差図において点線、実線はそれぞれメリディオナル像面、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）、ＦｎｏはＦナンバーである。なお、各実施例において広角端と望遠端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。
負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズにおいてフォーカスレンズ群の小型化を図るためには、レンズ径の小さい第２レンズ群以降のレンズ群をフォーカスレンズ群と選定するのが良い。また、軽量化を図るためには、フォーカスレンズ群は１枚ないし、２枚のレンズより構成するのが良い。
フォーカスレンズ群を少ない数のレンズで構成した場合、フォーカシングの際の収差変動を抑制するためにはフォーカスレンズ群の屈折力を弱くする必要がある。しかしながら、フォーカスレンズ群の屈折力を弱くし過ぎると、無限遠物体から至近距離物点へフォーカシングするときフォーカスレンズ群の移動量が増大し、レンズ全系が大型化してくる。フォーカスレンズ群の小型軽量化と、レンズ全系の小型化を図りつつ高い光学性能を得るためには、フォーカシングに際しての収差変動が少なくなるように、フォーカスレンズ群の屈折力を適切に設定することが重要となる。
各実施例のズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、望遠端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離をｆ１２ｔ、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。このとき、
−１．５０＜ｆｔ／ｆ１２ｔ＜−０．０５ …（１）
−１．２０＜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ３＜−０．２０ …（２）
なる条件式を満足している。
各実施例では負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２に続く、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群としている。比較的、レンズ有効径の小さい第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群としている。また、フォーカスレンズ群に入射する軸上光線を適切に設定することで、フォーカシングによる軸上光線高の変動を軽減して、フォーカシングに際しての収差変動を軽減している。これにより、フォーカスレンズ群を適切な屈折力に設定しつつ、少ない数のレンズで構成して、フォーカスレンズ群の軽量化を達成している。
また各実施例では、条件式（１）、（２）を同時に満足させている。ここで条件式（１）は、望遠端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の屈折力を適切に設定し、これによりフォーカスレンズ群である第３レンズ群Ｌ３への光束の入射位置を適切に設定し、良好な光学性能を得ている。
条件式（１）下限値を超えると第３レンズ群Ｌ３へ入射する軸上光線の発散性が強くなり過ぎて、フォーカスレンズ群を少ない数のレンズで構成したとき、フォーカシングに際しての収差変動を抑制することが困難となる。また、条件式（１）の上限値を超えると第３レンズ群Ｌ３へ入射する軸上光線の発散性が弱くなり過ぎて、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり、ズーミングに際しての収差変動を抑制することが困難となる。
条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力を適切に設定することで高い光学性能を得つつ全系の小型化を図るためのものである。条件式（２）の下限値を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり過ぎて、第３レンズ群Ｌ３を少ない数のレンズで構成したときフォーカシングに際しての収差変動を抑制することが困難となる。また、条件式（２）の上限値を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなり過ぎて、フォーカシングに際しての移動量が大きくなり、フォーカシング速度が遅くなるので良くない。
更に、レンズ全系が大型化するので良くない。更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−１．００＜ｆｔ／ｆ１２ｔ＜−０．３０ …（１ａ）
−０．９０＜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ３＜−０．４０ …（２ａ）
以上、各実施例においては、各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適切に配置している。これにより、全系の小型化、撮像素子への対応、インナーフォーカスを容易に実現したズームレンズを得ている。なお、各実施例のズームレンズにおいて、さら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。これによれば各条件式に相当する効果が得られる。
第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。広角端における第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率をβ３ｗ、望遠端における第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率をβ３ｔとする。第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ３ａ、第３レンズ群Ｌ３の最も像面側のレンズ面の曲率半径をｒ３ｂとする。
広角端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔をＤ２ｗ、広角端における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔をＤ３ｗとする。望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔をＤ２ｔ、望遠端における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔をＤ３ｔとする。
広角端における第４レンズ群Ｌ４の近軸横倍率をβ４ｗ、望遠端における第４レンズ群Ｌ４の近軸横倍率をβ４ｔとする。第２レンズ群Ｌ２は、１枚の正レンズからなり、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。第３レンズ群は、１枚の負レンズからなる。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
−１．００＜ｆ１／ｆ２＜−０．１０ ・・・（３）
０．００５＜（β３ｗ）２＜０．２００ ・・・（４）
０．０１０＜（β３ｔ）２＜０．２００ ・・・（５）
０．２０＜（ｒ３ｂ−ｒ３ａ）／（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）＜２．００ ・・・（６）
０．０５＜Ｄ３ｗ／Ｄ２ｗ＜０．８０ ・・・（７）
０．０５＜Ｄ３ｔ／Ｄ２ｔ＜０．８０ ・・・（８）
０．６０＜（β４ｔ×ｆｗ）／（β４ｗ×ｆｔ）＜１．４０ ・・・（９）
０．１０＜ｆｗ／ｆ２＜０．４０ ・・・（１０）
０．２０＜｜ｆｗ／ｆ３｜＜０．６０ ・・・（１１）
次に各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）は、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の比に関し、フォーカシングに際しての収差変動を抑制してフォーカスレンズ群の小型軽量化を図るためのものである。
条件式（３）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が弱くなり過ぎると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を合成した一つのレンズ群として考えた場合の物体側主点位置が、より像面側へ位置する。それにより所望のズーム比を得ようとした時に望遠端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の空気間隔を確保することが困難となるため良くない。また、下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり過ぎると、特にフォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２より球面収差が多く発生し、これを小型軽量を維持しつつフォーカスレンズ群である第３レンズ群Ｌ３で補正することが困難となる。
条件式（４）及び（５）は同時に満足するのが良い。フォーカスレンズ群を小型軽量にするためには、フォーカスレンズ群の屈折力を適切に設定すると共にフォーカス敏感度を適切に設定する必要がある。条件式（４）及び（５）は、フォーカス敏感度を適切に設定して、フォーカシングに際しての収差変動を抑制しつつ、フォーカスレンズ群を少ない数のレンズで構成するためのものである。
条件式（４）の下限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率が小さくなり過ぎると、特に広角端において第２レンズ群Ｌ２より球面収差が多く発生し、この球面収差を小型軽量を維持しつつフォーカスレンズ群である第３レンズ群Ｌ３で補正することが困難となる。また、条件式（４）の上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率が大きくなり過ぎると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の軸上光線を通過する高さが異なる傾向となり、広角端において、フォーカシングに際しての収差変動を抑制することが困難となる。
条件式（５）の下限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率が小さくなり過ぎると、特に望遠端において第２レンズ群Ｌ２より球面収差が多く発生し、この球面収差を小型軽量を維持しつつフォーカスレンズ群である第３レンズ群Ｌ３で補正することが困難となる。また、条件式（４）の上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の近軸横倍率が大きくなり過ぎると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の軸上光線を通過する高さが異なる傾向となり、望遠端においてフォーカシングに際しての収差変動を抑制することが困難となる。
条件式（６）は第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面の曲率半径と、第３レンズ群Ｌ３の最も像面側のレンズ面の曲率半径に関し、特に全系の小型化と高性能化をバランス良く図るためのものである。
条件式（６）の下限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３による球面収差の補正が不足し、特に望遠端において球面収差の補正が困難となる。また、条件式（６）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面の曲率が強くなり過ぎて、特に望遠端において球面収差が補正過剰となる。また、第３レンズ群Ｌ３は無限遠物体から至近距離物点へのフォーカシングに対して物体側へ移動する。このため、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面の曲率が強くなり過ぎると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔を確保するためにレンズ全長が増大するため好ましくない。
条件式（７）は広角端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔と、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔の比に関し、主に全系の小型化と高性能化を図るためのものである。条件式（７）の下限値を超えると第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が増大し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を通過する軸上光線の高さが異なる傾向となり、広角端においてフォーカシングの際の収差変動が増大する。更に、広角端においてレンズ全長が増大する。また、上限値を超えると第４レンズ群Ｌ４のレンズ有効径が増大する。
条件式（８）は望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔と、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔の比に関し、主に全系の小型化と高性能化を図るためのものである。条件式（８）の下限値を超えると第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が増大し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を通過する軸上光線の高さが異なる傾向となり、望遠端においてフォーカシングする際の収差変動が増大する。更に、望遠端におけるレンズ全長が増大する。また、上限値を超えると第４レンズ群Ｌ４のレンズ有効径が増大する。
条件式（９）は、第４レンズ群Ｌ４の広角端と、望遠端における近軸横倍率に関し、第４レンズ群Ｌ４の変倍分担を適切に設定するためのものである。条件式（９）の下限値を超えると第４レンズ群Ｌ４の変倍分担が小さくなり過ぎて、第２レンズ群Ｌ２及び第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなり過ぎて、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３を簡易なレンズ構成で高い光学性能を維持することが困難となる。また、条件式（９）の下限値を超えると第４レンズ群Ｌ４の変倍分担が大きくなり過ぎて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が強くなり、特にズーミングに際して像面変動が増大し、これの補正が困難となる。
各実施例では第４レンズ群Ｌ４中に開口絞りＳＰを有する構成としている。フォーカスレンズ群を小型軽量にするためには、第３レンズ群Ｌ３近傍に開口絞りを配置した方が、軸外光線の入射高さの距離変動が少なくなり、フォーカシングに際しての収差変動を抑制し易くなる。第３レンズ群Ｌ３は無限遠物体から至近距離物点に対して物体側へ移動するため、開口絞りＳＰと第３レンズ群Ｌ３が干渉しないよう開口絞りを第３レンズ群Ｌ３よりも像面側に位置する第４レンズ群Ｌ４中に配置することで空間効率が向上し全系の小型化が図れる。
第２レンズ群Ｌ２を１枚の正レンズで構成すると同時に条件式（１０）を満足するようにしている。レンズ全長を小型化するためには、第２レンズ群Ｌ２のレンズの厚み小さくすることが好ましい。但し、第２レンズ群Ｌ２を１枚のレンズで構成した場合、全系の小型化と高性能化を図るために第２レンズ群Ｌ２の屈折力を適切に設定する必要がある。
条件式（１０）の下限値を超えると第２レンズ群Ｌ２の屈折力が弱くなり過ぎて、レンズ全長が増大する。また、条件式（１０）の上限値を超えると第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり過ぎて、特に望遠端において球面収差が補正不足となる。
第３レンズ群Ｌ３を負レンズで構成すると同時に条件式（１１）を満足するようにしている。レンズ全長を小型化し、更に、フォーカスレンズ群を軽量化するためには、第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズで構成することが好ましい。但し、第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズで構成した場合、小型化と高性能化を図るために第３レンズ群Ｌ３の屈折力を適切に設定する必要がある。
条件式（１１）の下限値を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなり過ぎて、無限遠物体から至近距離物点へのフォーカシングの際の第３レンズ群Ｌ３の移動量が増大し、レンズ全長が増大する。また、条件式（１１）の上限値を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり過ぎて、特に望遠端において球面収差が補正不足となる。尚、更に好ましくは条件式（３）乃至（１１）の数値範囲を次の如く設定するので良い。
−０．６０＜ｆ１／ｆ２＜−０．２５ ・・・（３ａ）
０．００７＜（β３ｗ）２＜０．１００ ・・・（４ａ）
０．０２０＜（β３ｔ）２＜０．１５０ ・・・（５ａ）
０．４０＜（ｒ３ｂ−ｒ３ａ）／（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）＜１．４０ ・・・（６ａ）
０．２０＜Ｄ３ｗ／Ｄ２ｗ＜０．７０ ・・・（７ａ）
０．１０＜Ｄ３ｔ／Ｄ２ｔ＜０．６０ ・・・（８ａ）
０．７＜（β４ｔ×ｆｗ）／（β４ｗ×ｆｔ）＜１．２ ・・・（９ａ）
０．１５＜ｆｗ／ｆ２＜０．３５ ・・・（１０ａ）
０．２５＜｜ｆｗ／ｆ３｜＜０．５５ ・・・（１１ａ）
以上のように各実施例によれば、小型軽量なフォーカス機構を有しながら、全ズーム域、全フォーカス域で良好な光学性能を有し、かつ全系が小型軽量なズームレンズを得ることができる。
次に各実施例において、前述した以外の好ましい構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、広角端から望遠端へのズーミングに際し、像面側へ凸状の軌跡で移動するようにしている。これによりレンズ全長を小型化している。また、広角端におけるレンズ全長の増大を抑制することで、レンズ有効径が最も大きくなる第１レンズ群Ｌ１のレンズ有効径の増大を抑制している。
第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４を広角端から望遠端へのズーミングに際し、それぞれ物体側へ移動するようにしている。これにより広角端におけるレンズ全長の増大を抑制することで、レンズ有効径が大きくなる第１レンズ群Ｌ１のレンズ有効径の増大を抑制している。
また、本発明のズームレンズを有する撮像装置では、フォーカスレンズ群を光軸方向に移動させてデフォーカス方向を検知するデフォーカス方向検知手段を有している。また撮像素子から得られる画像情報に基づいて、合焦状態における第３レンズ群Ｌ３の光軸方向の位置を演算する演算手段を有している。また、各実施例において第４レンズ群Ｌ４の一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動させて手振れによる画像ブレを補正するようにしても良い。
以下、各実施例のレンズ構成について説明する。実施例１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、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より構成される。実施例１はズーム比２．７、Ｆナンバー３．６０〜５．８０の４群ズームレンズである。実施例１では、メカ構造の簡易化を図るために、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングに際して同じ軌跡で移動するようにしているが、別の軌跡で移動しても良い。
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動して行っている。第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズより構成し、小型軽量化を図り、高速のフォーカシングを容易にしている。また、第２レンズ群Ｌ２を１枚のレンズより構成し、全系の小型軽量化を図っている。
また、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離が、望遠端において負であり、かつ条件式（１）を満たしている。望遠端において、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間を効果的にアフォーカルな関係にし、第３レンズ群Ｌ３でフォーカシングする際の球面収差と軸上色収差の変動を小さくして、高い光学性能を得ている。また、条件式（１）を満足すると共に条件式（２）を満足するように第３レンズ群Ｌ３の屈折力を設定している。
それにより第３レンズ群Ｌ３を簡易なレンズ構成とすることが容易となり、小型軽量化に寄与している。更に、適切なフォーカス敏感度が得られるようにしている。開口絞りＳＰは第４レンズ群Ｌ４の中に配置している。開口絞りＳＰは第４レンズ群Ｌ４の最も物体側に配置しても良いが、第３レンズ群Ｌ３のフォーカス機構との干渉を避けるためには、第４レンズ群Ｌ４の中に配置した方が好ましい。
実施例２は、実施例１と各レンズ群の屈折力配置、ズーミング方式、フォーカシング方式が同じである。各レンズ群のレンズ構成も実施例１と同じである。実施例２はズーム比２．９２、Ｆナンバー３．４９〜５．８０の４群ズームレンズである。
実施例３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、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５で構成される。
実施例３はズーム比３．０９、Ｆナンバー３．４７〜５．８０の５群ズームレンズである。実施例３では、メカ構造の簡易化を図るために、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングに際して同じ軌跡で移動するようにしているが、別の軌跡で移動しても良い。
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動して行っている。第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズで構成し、小型軽量化を図り高速のフォーカシングを容易にしている。
また、第２レンズ群Ｌ２を１枚のレンズより構成し、全系の小型軽量化を図っている。また、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離が、望遠端において負であり、かつ条件式（１）を満たしている。望遠端において第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間を効果的にアフォーカルな関係にし、第３レンズ群Ｌ３でフォーカシングする際の球面収差と軸上色収差の変動を小さくして高い光学性能を得ている。
また、条件式（１）を満足すると共に条件式（２）を満足するように第３レンズ群Ｌ３の屈折力を設定している。それにより第３レンズ群Ｌ３を簡易なレンズ構成とすることが容易となり、小型軽量化に寄与している。更に、適切なフォーカス敏感度が得られるようにしている。開口絞りＳＰは第４レンズ群Ｌ４の中に配置している。第４レンズ群Ｌ４の最も物体側に配置しても良いが、第３レンズ群Ｌ３のフォーカス機構との干渉を避けるためには、第４レンズ群Ｌ４の中に配置した方が好ましい。
実施例４は、実施例３と各レンズ群の屈折力配置、ズーミング方式、フォーカシング方式が同じである。各レンズ群のレンズ構成も実施例３と同じである。実施例４はズーム比２．７０、Ｆナンバー３．６０〜５．８０の５群ズームレンズである。実施例５は、実施例１と各レンズ群の屈折力配置、ズーミング方式、フォーカシング方式が同じである。各レンズ群のレンズ構成も実施例１と同じである。実施例５はズーム比２．７０、Ｆナンバー３．６０〜５．８０の４群ズームレンズである。
実施例６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、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より構成される。実施例６はズーム比２．７、Ｆナンバー３．６０〜５．８０の４群ズームレンズである。実施例６では、メカ構造の簡易化を図るために、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングに際して同じ軌跡で移動するようにしている。
このため、２群ズームレンズとして扱うこともできる。尚、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４を互いに異なった軌跡で移動させても良い。フォーカシング方式は実施例１と同じである。第３レンズ群Ｌ３を１枚のレンズより構成し、小型軽量化を図り、高速のフォーカシングを容易にしている。
また、第２レンズ群Ｌ２を１枚のレンズより構成し、全系の小型軽量化を図っている。また、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離が、望遠端において負であり、かつ条件式（１）を満たしている。望遠端において、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間を効果的にアフォーカルな関係にし、第３レンズ群Ｌ３でフォーカシングする際の球面収差と軸上色収差の変動を小さくして、高い光学性能を得ている。
また、条件式（１）を満足すると共に条件式（２）を満足するように第３レンズ群Ｌ３の屈折力を設定している。それにより第３レンズ群Ｌ３を簡易なレンズ構成とすることが容易となり、小型軽量化に寄与している。更に、適切なフォーカス敏感度が得られるようにしている。開口絞りＳＰは第４レンズ群Ｌ４の中に配置している。開口絞りＳＰは第４レンズ群Ｌ４の最も物体側に配置しても良いが、第３レンズ群Ｌ３のフォーカス機構との干渉を避けるためには、第４レンズ群Ｌ４の中に配置した方が好ましい。
以上、本発明の好ましいズームレンズの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、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、実施例１〜６に対応する数値実施例１〜６の具体的数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側から数えた面の番号を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との軸上間隔である。ｎｄｉ、νｄｉ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、アッベ数である。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。ＢＦはバックフォーカスである。
非球面形状は、光の進行方向を正、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量として、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を非球面係数とするとき、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）×（ｈ／ｒ）２｝１／２］
＋Ａ４×ｈ４＋Ａ６×ｈ６＋Ａ８×ｈ８＋Ａ１０×ｈ１０
なる式で表している。
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、前述の各条件式と数値実施例との関係を（表１）に示す。
（数値実施例１）

単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 174.849 3.30 1.51633 64.1
2 -596.700 0.50
3 37.034 1.50 1.77250 49.6
4 16.733 7.18
5 187.930 1.20 1.77250 49.6
6 24.150 4.68
7 24.542 3.20 1.78472 25.7
8 47.138 (可変)
9 71.775 2.00 1.48749 70.2
10 -154.298 (可変)
11 -32.928 0.90 1.77250 49.6
12 -218.827 (可変)
13 25.357 2.80 1.60311 60.6
14 -61.937 1.04
15(絞り) ∞ 1.00
16 17.813 2.50 1.62299 58.2
17 51.600 3.12
18 -84.742 0.70 1.73800 32.3
19 18.328 2.46
20* 44.289 2.50 1.58313 59.4
21 -34.470 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.62710e-005 A 6= 1.40293e-008 A 8=-3.64554e-009 A10= 4.37020e-011

各種データ
ズーム比 2.70
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 31.23 50.00
Fナンバー 3.60 4.44 5.80
半画角（度） 36.44 23.63 15.28
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 117.83 108.56 116.16
BF 37.79 50.64 69.91

d 8 35.06 12.95 1.27
d10 2.66 3.00 3.52
d12 1.74 1.39 0.88
d21 37.79 50.64 69.91

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -32.22
2 9 100.78
3 11 -50.28
4 13 24.71
（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 234.122 3.30 1.51633 64.1
2 -369.717 0.50
3 38.841 1.50 1.71300 53.9
4 18.094 7.04
5 174.872 1.20 1.77250 49.6
6 21.288 4.85
7 24.017 3.20 1.76182 26.5
8 47.796 (可変)
9 56.124 2.00 1.51633 64.1
10 -696.875 (可変)
11 -33.197 0.90 1.77250 49.6
12 -249.811 (可変)
13 25.574 2.80 1.60311 60.6
14 -58.349 1.04
15(絞り) ∞ 0.99
16 17.607 2.50 1.60311 60.6
17 55.288 2.76
18 -100.236 0.70 1.73800 32.3
19 18.766 3.06
20* 47.624 2.50 1.58313 59.4
21 -38.690 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.67398e-005 A 6=-1.79951e-008 A 8=-2.58363e-009 A10= 2.55887e-011

各種データ
ズーム比 2.92
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 32.89 54.00
Fナンバー 3.49 4.39 5.80
半画角（度） 36.44 22.55 14.20
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 119.77 110.06 120.23
BF 37.98 52.51 74.3


d 8 36.82 12.58 0.95
d10 2.49 2.93 3.60
d12 1.65 1.21 0.54
d21 37.98 52.51 74.30

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -32.70
2 9 100.69
3 11 -49.65
4 13 24.83
（数値実施例３）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 214.299 3.30 1.48749 70.2
2 -415.242 0.50
3 41.824 1.50 1.71300 53.9
4 17.578 7.60
5 157.833 1.20 1.80400 46.6
6 22.506 3.84
7 23.600 3.20 1.78472 25.7
8 46.417 (可変)
9 56.673 2.00 1.51633 64.1
10 -89.111 (可変)
11 -31.019 0.90 1.77250 49.6
12 268.018 (可変)
13 24.791 3.00 1.62299 58.2
14 -51.064 1.04
15(絞り) ∞ 0.99
16 16.606 2.50 1.60311 60.6
17 42.631 2.78
18 -85.541 0.70 1.73800 32.3
19 19.089 (可変)
20* 45.001 2.50 1.58313 59.4
21 -35.174 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.33005e-005 A 6=-4.58352e-008 A 8=-2.40941e-009 A10= 2.24830e-011

各種データ
ズーム比 3.09
広角 中間 望遠
焦点距離 17.50 32.05 54.00
Fナンバー 3.47 4.38 5.80
半画角（度） 37.97 23.08 14.20
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 119.55 108.81 118.68
BF 36.59 51.53 73.93

d 8 38.74 13.30 1.10
d10 2.82 2.85 2.89
d12 0.82 0.79 0.75
d19 3.03 2.80 2.45
d21 36.59 51.53 73.93

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -30.98
2 9 67.41
3 11 -35.94
4 13 33.69
5 20 34.25
（数値実施例４）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 250.873 3.30 1.48749 70.2
2 -262.904 0.50
3 40.809 1.50 1.71300 53.9
4 19.223 7.02

5 224.619 1.20 1.80400 46.6
6 19.278 5.31
7 24.298 3.20 1.78472 25.7
8 54.590 (可変)
9 49.652 2.00 1.51633 64.1
10 -97.997 (可変)
11 -32.800 0.90 1.77250 49.6
12 -94.332 (可変)
13 29.029 3.00 1.62299 58.2
14 -38.318 1.04
15(絞り) ∞ 0.97
16 18.093 2.50 1.60311 60.6
17 62.170 0.77
18 -43.475 2.49 1.73800 32.3
19 16.336 (可変)
20 97.685 2.50 1.51742 52.4
21 -23.503 (可変)
像面 ∞

各種データ
ズーム比 2.70
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 30.98 50.00
Fナンバー 3.60 4.40 5.80
半画角（度） 36.44 23.79 15.28
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 119.78 110.32 117.3
BF 35.4 48.41 67.93


d 8 34.53 12.66 1.02
d10 5.12 5.49 6.05
d12 2.05 1.67 1.11
d19 4.47 3.87 2.98
d21 35.40 48.41 67.93

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -31.29
2 9 64.12
3 11 -65.51
4 13 61.44
5 20 36.87
（数値実施例５）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νｄ
1 310.436 3.30 1.48749 70.2
2 -230.483 0.50
3 45.088 1.50 1.71300 53.9
4 20.159 6.05
5 97.112 1.20 1.80400 46.6
6 18.611 5.05
7 22.392 3.20 1.78472 25.7
8 41.867 (可変)
9 43.537 2.00 1.51633 64.1
10 -142.905 (可変)
11 -33.034 0.90 1.77250 49.6
12 -107.007 (可変)
13 30.085 3.00 1.67790 55.3
14 -48.521 1.04
15(絞り) ∞ 0.96
16 20.035 2.50 1.60311 60.6
17 125.173 0.96
18 -44.652 2.27 1.73800 32.3
19 16.582 3.66
20 79.003 2.50 1.51742 52.4
21 -24.691 (可変)
像面 ∞

各種データ
ズーム比 2.70
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 31.11 50.00
Fナンバー 3.60 4.47 5.80
半画角（度） 36.44 23.70 15.28
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 119.75 109.61 116.12
BF 35.58 48.35 67.51


d 8 36.33 13.42 0.78
d10 4.68 4.76 4.87
d12 2.57 2.50 2.38
d21 35.58 48.35 67.51

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -32.20
2 9 64.87
3 11 -62.19
4 13 30.41
（数値実施例６）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 40.673 1.50 1.77250 49.6
2* 18.946 5.07
3 55.594 1.20 1.80400 46.6
4 19.022 5.60
5 23.964 3.20 1.78472 25.7
6 47.434 (可変)
7 40.959 2.00 1.51633 64.1
8 -201.861 4.45
9 -28.676 0.90 1.77250 49.6
10 -85.337 1.54
11 32.423 3.00 1.67790 55.3
12 -46.634 1.04
13(絞り) ∞ 0.98
14 21.471 2.50 1.60311 60.6
15 977.344 0.91
16 -44.615 3.66 1.73800 32.3
17 16.430 2.56
18 70.329 2.50 1.51742 52.4
19 -24.874 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.13651e-006 A 6=-4.27025e-008 A 8= 1.32976e-010 A10=-6.45914e-013

各種データ
ズーム比 2.70
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 31.10 50.00
Fナンバー 3.60 4.46 5.80
半画角（度） 36.44 23.71 15.28
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 116.62 104.3 108.95
BF 35.41 47.57 65.82


d 6 38.60 14.11 0.52
d 8 4.45 4.45 4.45
d10 1.54 1.54 1.54
d19 35.41 47.57 65.82

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -34.04
2 7 66.13
3 9 -56.30
4 11 29.19
図１３において、２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至６に説明したいずれか１つ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（光電変換素子）である。尚、各実施例のズームレンズはクイックリターンミラーのある一眼レフカメラや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にも適用できる。
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 ＳＰ 開口絞り

Claims (14)

  1. 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、正の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングに際して各レンズ群が移動し、ズーミング及びフォーカシングの少なくとも一方のために隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
    無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
    前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、望遠端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２ｔ、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、
    −１．５０＜ｆｔ／ｆ１２ｔ＜−０．０５
    −１．２０＜√（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ３＜−０．２０
    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レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、−１．００＜ｆ１／ｆ２＜−０．１０
    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. 広角端における前記第３レンズ群の近軸横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の近軸横倍率をβ３ｔとするとき、
    ０．００５＜（β３ｗ）２＜０．２００
    ０．０１０＜（β３ｔ）２＜０．２００
    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３レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ３ａ、前記第３レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径をｒ３ｂとするとき、
    ０．２０＜（ｒ３ｂ−ｒ３ａ）／（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）＜２．００
    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. 広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔をＤ２ｗ、広角端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔をＤ３ｗ、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔をＤ２ｔ、望遠端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔をＤ３ｔとするとき、
    ０．０５＜Ｄ３ｗ／Ｄ２ｗ＜０．８０
    ０．０５＜Ｄ３ｔ／Ｄ２ｔ＜０．８０
    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. 広角端における前記第４レンズ群の近軸横倍率をβ４ｗ、望遠端における前記第４レンズ群の近軸横倍率をβ４ｔとするとき、
    ０．６０＜（β４ｔ×ｆｗ）／（β４ｗ×ｆｔ）＜１．４０
    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４レンズ群は開口絞りを有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２レンズ群は１枚の正レンズからなり、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
    ０．１０＜ｆｗ／ｆ２＜０．４０
    なる条件式を満足する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１枚の負レンズからなり、
    ０．２０＜｜ｆｗ／ｆ３｜＜０．６０
    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. 広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡を描いて移動し、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群は物体側へ移動す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. 前記第４レンズ群の像側に正の屈折力の第５レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  12. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群は、ズーミングに際して同じ軌跡で移動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  13. 請求項１乃至１２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を有することを特徴とする撮像装置。
  14. 前記第３レンズ群を光軸方向に移動させてデフォーカス方向を検知するデフォーカス方向検知手段と、前記撮像素子で得られた画像情報に基づいて、合焦状態における前記第３レンズ群の位置を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
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