JP6460711B2 - 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、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、監視用カメラ、銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系に好適なものである。

撮像装置（カメラ）に用いる撮像光学系には広い撮影画角を包含し、高解像力で小型のズームレンズであることが要望されている。この他、撮像装置に用いたときは、高速かつ高精度にオートフォーカス（自動合焦）ができることが要望されている。静止画像を撮像するときのオートフォーカス方式として位相差方式が多く用いられている。一方、近年の一眼レフカメラでは動画撮影機能を有すること、動画撮影中にオートフォーカスできることが要望されている。

動画を撮影するときのオートフォーカス方式としては、撮像信号中の高周波成分を検出することによって撮像光学系の合焦状態を評価する、高周波検出方式（ＴＶ−ＡＦ方式）が多く用いられている。ＴＶ−ＡＦ方式を用いた撮像装置では、フォーカスレンズ群（フォーカシングに際して移動するレンズ群）を光軸方向に高速で振動させて（以下、「ウォブリング」という）合焦状態からのズレ方向を検出する。

そしてウォブリングの後、撮像センサの出力信号から画像領域の特定の周波数帯の信号成分を検出して、合焦状態となるフォーカスレンズ群の光軸方向の最適位置を算出する。その後、最適位置にフォーカスレンズ群を移動させて合焦完了となる。動画撮影時は、合焦時間（フォーカス時間）を短縮するために、フォーカスレンズ群を光軸方向に高速に駆動する必要がある。また、動画撮影においては、モーターの駆動音が録音されないように、なるべく静かにフォーカスレンズ群を駆動する必要がある。

したがって、モーターの負荷を極力小さくするため、フォーカスレンズ群が小型軽量であることが強く求められている。フォーカスレンズ群が小型軽量であることはオートフォーカス方式として位相差方式を用いる撮像装置においても同じである。従来、広画角で、全系が小型のズームレンズとして、最も物体側に負の屈折力のレンズ群が配置されたネガティブリード型のズームレンズが知られている。ネガティブリード型のズームレンズにおいて、小型軽量なレンズ群を用いてフォーカシングを行ったズームレンズが知られている（特許文献１乃至３）。

特許文献１，２では物体側から順に負、正、正、負の屈折力の第１レンズ群乃至第４群レンズ群よりなり、隣り合うレンズ群の間隔を変えてズーミングを行い、第３レンズ群でフォーカシングを行うズームレンズを開示している。特許文献３では物体側から像側へ順に、負、正、正、負、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群から成り、隣り合うレンズ群の間隔を変えてズーミングを行い第２レンズ群でフォーカシングを行うズームレンズを開示している。

特開平08-062499号公報 特開2011-107269号公報 特開2009-251112号公報

撮像装置に用いるズームレンズには、広画角でかつレンズ系全体が小型であること、フォーカスレンズ群が小型軽量でフォーカシングが高速に行え、しかもフォーカシングに際して収差変動が少ないこと等が強く要望されている。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構成レンズ枚数を少なくする必要がある。しかしながら、フォーカスレンズ群の構成レンズ枚数を少なくすると、フォーカスレンズ群の残存収差が大きくなる。このため、フォーカシングに際して収差変動が大きくなり、遠距離から近距離までの物体距離全般にわたり良好な光学性能を得ることが難しくなる。

一方、フォーカシングに際しての収差変動を小さくするためにフォーカスレンズ群のパワーを弱くするとフォーカシングに際しての移動量が大きくなり、レンズ全長が増大してくる。全系が小型で広画角で、フォーカシングが高速に行え、かつフォーカシングに際しての収差変動の少ないズームレンズを得るには、レンズ群の数や各レンズ群の屈折力そしてフォーカスレンズ群の選択及び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。これらの設定が適切でないと全系が小型で広画角で物体距離全般にわたり高い光学性能のズームレンズを得るのが困難になってくる。

本発明は、全体が小型でかつ広画角でありながらズーミングに際しての収差変動が少なく、物体距離全般にわたり高い光学性能が得られる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配置された、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞りを含む正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第３レンズ群は１枚のレンズからなり、
望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｔとするとき、
−０．２０＜β３ｔ＜０．１５
０．４＜ｆ２／ｆｔ＜０．６２
なる条件式を満足することを特徴としている。

この他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、開口絞りを含む正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有し、無限遠合焦時のズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔及び前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が変化し、フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動することにより、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔及び前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔとするとき、
−０．２０＜β３ｔ＜０．１５
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、全体が小型でかつ広画角でありながらズーミングに際しての収差変動が少なく、物体距離全般にわたり高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。

実施例１のレンズ断面図 図１の一部分の光路図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例１の無限遠に合焦時の収差図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例１の近距離に合焦時の収差図 実施例２のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例２の無限遠に合焦時の収差図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例２の近距離に合焦時の収差図 実施例３のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例３の無限遠に合焦時の収差図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例３の近距離に合焦時の収差図 参考例１のレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 参考例１の無限遠に合焦時の収差図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 参考例１の近距離に合焦時の収差図 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配置された、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞りを含む正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有する。ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。フォーカシングに際して第３レンズ群が移動する。この他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、開口絞りを含む正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有する。

無限遠合焦時のズーミングに際して第１レンズ群と第２レンズ群の間隔及び第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が変化する。フォーカシングに際して第３レンズ群が移動することにより第２レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が変化する。ここでレンズ群とは、ズーミンまたはフォーカシングに際して一体的に移動するレンズ要素であって、１枚以上のレンズを有していればよく、必ずしも複数枚のレンズを有していなくてもよい。光軸方向のレンズ間隔の変化によって分けられた１つ以上のレンズを有する部分群を言う。

図１は本発明の実施例１の広角端におけるレンズ断面図である。図２は図１の一部分の無限遠に合焦したときの望遠端におけるレンズ断面図である。図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例１の無限遠に合焦したときの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例１の広角端（結像横倍率−０．１０倍），中間のズーム位置（結像横倍率−０．１７倍），望遠端（結像横倍率−０．３２倍）における収差図である。

図５は本発明の実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例２の無限遠に合焦したときの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例２の広角端（結像横倍率−０．１０倍），中間のズーム位置（結像横倍率−０．１７倍），望遠端（結像横倍率−０．３２倍）における収差図である。

図８は本発明の実施例３の広角端におけるレンズ断面図である。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例３の無限遠に合焦したときの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例３の広角端（結像横倍率−０．１０倍），中間のズーム位置（結像横倍率−０．１７倍），望遠端（結像横倍率−０．３２倍）における収差図である。

図１１は本発明の参考例１の広角端におけるレンズ断面図である。図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は参考例１の無限遠に合焦したときの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は参考例１の広角端（結像横倍率−０．１０倍），中間のズーム位置（結像横倍率−０．１７倍），望遠端（結像横倍率−０．３２倍）における収差図である。図１４は本発明の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そして銀塩フィルムカメラ等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。尚、各実施例のズームレンズをプロジェクターに用いても良く、このときは左方がスクリーン側、右方が被投射画像側となる。

レンズ断面図においてＯＬはズームレンズである。ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

レンズ断面図において、実線の矢印は無限遠に合焦したときに広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。点線の矢印は近距離に合焦したときで広角端から望遠端へのズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の移動軌跡を示している。フォーカスに関する矢印は無限遠から近距離へのフォーカシングの際の移動方向を示している。

図１の実施例１、図５の実施例２のズームレンズＯＬ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Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より構成されている。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｌ１は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群Ｌ２，第３レンズ群Ｌ３，第４レンズ群Ｌ４は物体側へ互いに異なった軌跡で移動する。第３レンズ群Ｌ３は無限遠から近距離へのフォーカシングに際して光軸に沿って物体側へ移動するフォーカスレンズ群である。

図８の実施例３のズームレンズＯＬ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Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より構成されている。広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１は像側へ凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群Ｌ２乃至第４レンズ群Ｌ４は互いに異なった軌跡で物体側へ移動する。第５レンズ群Ｌ５は不動である。第３レンズ群Ｌ３は無限遠から近距離へのフォーカシングに際して光軸に沿って物体側へ移動するフォーカスレンズ群である。

図１１の参考例１のズームレンズＯＬ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Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より構成されている。無限遠に合焦しているとき広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｌ１は像側へ凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３は一体的に（同じ軌跡で）物体側へ移動する。第４レンズ群Ｌ４は他のレンズ群と異なった軌跡で物体側へ移動する。

尚、近距離に合焦しているときは広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３は異なった軌跡で物体側へ移動する。第３レンズ群Ｌ３は無限遠から近距離へのフォーカシングに際して光軸に沿って物体側へ移動するフォーカスレンズ群である。

収差図のうち、球面収差図においてｄはｄ線、ｇはｇ線である。非点収差図においてＭはｄ線でのメリディオナル像面、Ｓはｄ線でのサジタル像面である。また、歪曲を示す図はｄ線における歪曲を示している。倍率色収差はｇ線について示している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用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。

ズームレンズ全系の小型化を図るためにフォーカスレンズ群の構成レンズ枚数を少なくすると、フォーカスレンズ群内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る。また、フォーカシングに際しての収差変動を小さくするためにフォーカスレンズ群の屈折力を弱くするとフォーカシングに際しての移動量が大きくなり、ズームレンズのレンズ全長が大型化してくる。従ってズームレンズの全系の小型化とフォーカシングに際しての収差変動を軽減するためには、フォーカスレンズ群の屈折力を十分強くしつつ、フォーカスレンズ群の残存収差を軽減できるレンズ構成とすることが重要である。

一般にフォーカシングに際しての収差変動を軽減するためにはフォーカシングに際しての軸上光線の入射高ｈと軸外主光線の入射高ｈａの変化を小さくすることが重要である。

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Ｌ１、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有している。そして第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群としている。負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１で発散された光束を正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２で収束させて第３レンズ群Ｌ３に入射する光束を望遠端において略アフォーカルとしている。

これにより、フォーカシングに際しての軸上光線の入射高ｈの変化を少なくし、特に望遠端においてフォーカシングに際して球面収差の変動を軽減している。また、第３レンズ群Ｌ３を比較的、開口絞りＳＰの近傍に配置している。これにより第３レンズ群Ｌ３への軸外主光線の入射高ｈａを小さくして、フォーカシングに際して広角端における像面湾曲の変動を軽減している。

図２は本発明のズームレンズの第３レンズ群Ｌ３近傍の望遠端における光路図である。図２に示すように本発明のズームレンズは第３レンズ群Ｌ３に入射する軸上光束がアフォーカルとなり、フォーカシングに際して軸上光線の入射高ｈの変化を軽減しつつ軸上主光線の入射高ｈａを小さくしていることがわかる。

フォーカスレンズ群を光軸方向に微小量Δｘｆ駆動した際の近軸像面の移動量Δｘｐの比Δｘｐ／Δｘｆをフォーカス敏感度とする。フォーカス敏感度はフォーカスレンズ群の横倍率βｆとフォーカスレンズ群よりも像側に存在するレンズ群の合成横倍率βＲを用いて、
Δｘｐ／Δｘｆ＝（βｆ²−１）×βＲ²
と表すことが出来る。フォーカス敏感度を十分大きくしないとフォーカシングに際してのフォーカスレンズ群の移動量が大きくなりすぎ、レンズ全系が大型化してしまう。

第３レンズ群Ｌ３に入射する光束をアフォーカルにすることは第３レンズ群Ｌ３の横倍率をほぼ０とすることを意味する。すると、上述の式からフォーカス敏感度を十分に大きくするためにはフォーカスレンズ群よりも像側に存在するレンズ群の合成横倍率を大きくすることが重要であることが分かる。

本発明のズームレンズはフォーカスレンズ群の像側に負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を配置することで、フォーカス敏感度を大きくし、フォーカシングに際してのフォーカスレンズ群の移動量を軽減し、レンズ全系の小型化を図っている。具体的には、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Ｌ１、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有する。ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。そしてフォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３が移動する。

または、参考例１では、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、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有する。無限遠合焦時のズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔及び第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が変化する。そしてフォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３が移動することにより第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔及び第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が変化する。

以上のように本発明のズームレンズは、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側に配置した所謂ネガティブリードタイプのズームタイプとすることで、広角端において長いバックフォーカスを確保している。そしてフォーカシングに際して第３レンズ群が移動する。開口絞りの近傍の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有効径を小さくしている。そして望遠端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率をβ３ｔとする。このとき、
−０．２０＜β３ｔ＜０．１５ ・・・（１）
なる条件式を満足する。

次に条件式（１）の技術的意味について説明する。条件式（１）は望遠端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率を規定している。第３レンズ群Ｌ３に入射する光束を望遠端において略アフォーカルとすることで、フォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３に入射する軸上光線の入射高ｈの変化を少なくしている。これにより望遠端においてフォーカシングに際して球面収差の変動を軽減している。

条件式（１）の上限を超えると望遠端において近距離に合焦するときに第３レンズ群Ｌ３への軸上光線の入射高ｈが大きくなる方向に変化し、球面収差がアンダー側に大きくなってくる。また下限を下回ると逆に球面収差がオーバー側に大きくなってくる。

以上のように本発明によればフォーカシングレンズ群が小型軽量で遠距離から近距離までの物体距離全般において良好な光学性能を達成し、小型なズームレンズを得ることができる。この他本発明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。

第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｗとする。第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４とする。第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｔとする。望遠端における第４レンズ群Ｌ４の横倍率をβ４ｔとする。広角端における開口絞りＳＰから第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズの物体側のレンズ面頂点位置までの光軸上の間隔をＬｐｆｗとする。広角端における第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の空気間隔をＤ１ｗ、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Ｄ１ｔとする。

ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔は変化する。無限遠に合焦したときの広角端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔をＤ２ｗとする。無限遠に合焦したときの望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔をＤ２ｔとする。無限遠に合焦したときの広角端における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔をＤ３ｗ、無限遠に合焦したときの望遠端における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の空気間隔をＤ３ｔとする。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。

１．０＜ｆ３／ｆｗ＜２．２ ・・・（２）
−１．８＜ｆ４／ｆｗ＜−１．４ ・・・（３）
０．４＜ｆ２／ｆｔ＜０．６２ ・・・（４）
１．５＜β４ｔ＜４．０ ・・・（５）
０．２＜Ｌｐｆｗ／ｆｗ＜０．８ ・・・（６）
Ｄ１ｗ＞Ｄ１ｔ ・・・（７）
Ｄ２ｗ＜Ｄ２ｔ ・・・（８）
Ｄ３ｗ＜Ｄ３ｔ ・・・（９）

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（２）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を規定している。条件式（２）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の正のパワーが弱くなると、フォーカシングに際しての移動量が大きくなりレンズ全長が増大してくる。下限を下回ると第３レンズ群Ｌ３の残存収差が大きくなりすぎ、フォーカシングに際しての収差変動が増大してくる。

条件式（３）は第４レンズ群Ｌ４の焦点距離を規定している。条件式（３）の上限を超えて第４レンズ群Ｌ４の負のパワーが強くなりすぎると、所謂テレフォトのパワー配置が強まり十分な長さのバックフォーカスを確保することが困難となる。下限を下回ると十分な長さのバックフォーカスの確保するのが容易となるが、レンズ全長が増大してくる。

条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を規定している。条件式（２）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが弱くなりすぎると、変倍のための第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、全系が大型化してくる。下限を下回り、第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが強くなりすぎると、望遠端において球面収差が増大し、球面収差の補正が困難になる。

条件式（５）は望遠端における第４レンズ群Ｌ４の横倍率を規定している。条件式（５）の上限を超えるとフォーカス敏感度が高くなりすぎフォーカシングに際しての第３レンズ群Ｌ３の駆動制御が難しくなる。下限を下回るとフォーカス敏感度が低くなりすぎてフォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大してくる。

条件式（６）は広角端における開口絞りＳＰから第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズの物体側のレンズ面頂点位置までの光軸上の間隔を規定している。開口絞りＳＰと第３レンズ群Ｌ３を光軸方向で比較的近くに配置することで、第３レンズ群Ｌ３に入射する軸外主光線の入射高ｈａを小さくして、広角端において、フォーカシングに際して像面湾曲の変動を軽減している。

条件式（６）の上限を超えると広角端において、フォーカシングに際して像面湾曲の変動が増大してくる。条件式（６）の下限を下回り、開口絞りＳＰと第３レンズ群Ｌ３が近接しすぎて開口絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２の後方に近接して位置するようになり、入射瞳位置が前玉から遠くなる。この結果、前玉有効径が増大してくる。更に第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数を削減しなければならなくなり、ズーミングに際して球面収差や像面湾曲の変動が増大してくる。

条件式（７）、条件式（８）、条件式（９）は各レンズ群のズーミングに際しての移動を規定している。条件式（７）は広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の空気間隔を狭くすることで広角端ではレトロフォーカス型、望遠端ではテレフォト型のパワー配置とすることを容易にしている。

条件式（８）は広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の空気間隔を広くすることで後続するレンズ群の厚みを小さくしてレンズ全長の短縮や前玉有効径及び後玉有効径の縮小化を容易にしている。

本発明のズームレンズは、フォーカシング用の第３レンズ群Ｌ３の横倍率が条件式（１）を満足しているため、フォーカス敏感度が正の値となる。即ち、第３レンズ群Ｌ３は近距離側へのフォーカシングに際して物体側に繰り出す。望遠側においては第３レンズ群Ｌ３のフォーカシングによる繰り出し量が大きくなるため、第３レンズ群Ｌ３の物体側に繰り出しのための間隔を予め確保する必要がある。一方、広角端においては望遠端と比較して第３レンズ群Ｌ３のフォーカシングによる繰り出し量が小さくなる。

条件式（８）は更に広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が広くなるようにして、第３レンズ群Ｌ３の移動スペースを十分確保しつつレンズ全長を短縮している。また、本発明のズームレンズにおいてはズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を一定としても良い。これによればメカ機構またはレンズ群の駆動制御の簡素化が容易になる。

この場合、広角端において第３レンズ群Ｌ３の物体側にフォーカシングのための空間を予め確保する必要があるため、レンズ全長が多少増大する傾向となるが、メカ機構またはレンズ群の駆動制御が簡素化される長所もある。このためズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔を変化させるか、一定とするかは自由に選択すれば良く、いずれの場合でも本発明の効果が得られる。

条件式（９）は広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が広くなるようにして、ズーミングに際して各レンズ群の移動量を低減し、全系の小型化を図りつつメカ機構の簡素化を容易にしている。

本発明のズームレンズは広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔を広くして変倍効果を得ている。これにより第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量を低減して、レンズ全長を短縮している。さらに好ましくは条件式（１）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

−０．１７＜β３ｔ＜０．１１ ・・・（１ａ）
１．１＜ｆ３／ｆｗ＜２．０ ・・・（２ａ）
−１．７＜ｆ４／ｆｗ＜−１．５ ・・・（３ａ）
０．５５＜ｆ２／ｆｔ＜０．６２ ・・・（４ａ）
２．５＜β４ｔ＜３．０ ・・・（５ａ）
０．３５＜Ｌｐｆｗ／ｆｗ＜０．７０ ・・・（６ａ）

第３レンズ群Ｌ３は小型軽量にするため単一のレンズで構成するのが良い。また、単一のレンズで構成する場合には低分散の硝材を用いるのが良い。これによれば色収差の補正が容易になる。特に望遠端においてフォーカシングに際して軸上色収差の変動を軽減するのが容易になる。

本発明のズームレンズは像ぶれに際して一部のレンズ部を光軸方向に対して垂直方向の成分を持つように駆動させても良い。これによれば手ぶれによる像ぶれを低減させることが出来る。例えば第２レンズ群Ｌ２の最も像面側に正の屈折力のレンズまたはレンズ部を配置して、これを光軸方向に対して垂直方向の成分を持つように駆動させても良い。第４レンズ群Ｌ４の像面側にズーミングに際して不動の正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を配置しても良い。像面近くに正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を配置すると、良好なテレセントリック性を得ることが容易となる。

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。

次に各実施例に示した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の実施形態を図１４を用いて説明する。

図１４において２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至３、参考例１で説明したいずれかのズームレンズによって形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。２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を持った撮像装置を実現できる。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同様に適用できる。

以下に実施例１乃至３、参考例１に対応する数値実施例１乃至４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの面の順番を示す。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｄｉとνｄｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズの材料の屈折率とアッベ数である。ＢＦはバックフォーカスである。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直な方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋ、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各々非球面係数とするとき、

で与えるものとする。各非球面係数において「ｅ−ｘ」は「１０ ^-x 」を意味する。また、焦点距離、Ｆナンバー等のスペックに加え、全系の半画角、像高は半画角を決定する最大像高、レンズ全長は第１レンズ面から像面までの距離である。バックフォーカスＢＦは最終レンズ面から像面までの長さを示している。また、各レンズ群データは、各レンズ群の焦点距離を示している。

また、各光学面の間隔ｄが（可変）となっている部分は、ズーミングに際して変化するものであり、別表に焦点距離に応じた面間隔を記している。尚、以下に記載する数値実施例１乃至４のレンズデータに基づく、各条件式の計算結果を表１に示す。

［数値実施例１］
面番号 r d nd νd
1* 30.624 1.25 1.76802 49.2
2* 12.896 7.33
3 -32.586 0.65 1.49700 81.5
4 70.270 0.10
5 26.340 1.79 2.00069 25.5
6 42.521 (可変)
7* 13.152 2.90 1.55332 71.7
8* -653.400 2.12
9(絞り) ∞ 1.16
10 13.915 2.43 1.49700 81.5
11 322.913 0.60 1.88300 40.8
12 10.988 2.15
13 52.157 2.07 1.59522 67.7
14 -51.384 (可変)
15 15.778 2.28 1.59522 67.7
16 -117.353 (可変)
17 50.869 0.80 1.69680 55.5
18 12.337 1.73
19* -794.677 1.83 1.58313 59.4
20* -84.232 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 9.40841e-006 A 6=-3.66132e-008
A 8= 6.24277e-010 A10=-1.39949e-012

第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.63295e-007 A 6=-3.24843e-008
A 8=-1.19423e-010 A10= 8.73890e-012

第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.41505e-005 A 6= 9.61114e-008
A 8=-5.00420e-009 A10= 2.36398e-011

第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.38364e-006 A 6= 1.97674e-007
A 8=-5.61793e-009 A10= 3.69708e-011

第19面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.13968e-005 A 6=-3.52552e-007
A 8=-3.04020e-009

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.15521e-005 A 6=-4.71310e-007
A 8= 7.52139e-009 A10=-1.55702e-010

各種データ
ズーム比 2.88
広角 中間 望遠
焦点距離 18.54 31.00 53.39
Fナンバー 3.63 4.49 5.82
半画角（度） 36.38 23.78 14.35
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 86.52 82.19 84.35
BF 24.08 31.18 41.73

d 6 26.70 11.63 0.99
d14 3.54 5.22 3.65
d16 1.00 2.97 6.79
d20 24.08 31.18 41.73

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -23.20
2 7 30.07
3 15 23.52
4 17 -28.19

［数値実施例２］
面番号 r d nd νd
1 27.507 1.25 1.76802 49.2
2 12.450 6.87
3 -61.633 0.65 1.72916 54.7
4 30.244 0.10
5 21.311 2.18 2.00069 25.5
6 43.033 (可変)
7* 13.111 2.72 1.55332 71.7
8* -290.652 1.53
9(絞り) ∞ 1.00
10 11.674 2.80 1.49700 81.5
11 637.243 0.60 1.88300 40.8
12 10.051 1.96
13 53.717 1.52 1.61800 63.3
14 -52.494 (可変)
15 14.957 2.39 1.59282 68.6
16 -50.234 (可変)
17 -65.433 0.80 1.56883 56.4
18 11.712 2.78
19* 79.380 2.18 1.58313 59.4
20* -62.976 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.29386e-005 A 6= 7.67504e-007
A 8=-3.41235e-008 A10= 6.67636e-010

第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.14107e-005 A 6= 1.04794e-006
A 8=-4.24140e-008 A10= 8.33935e-010

第19面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.34796e-005 A 6= 5.93950e-007
A 8=-2.17013e-008

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.19428e-005 A 6= 1.22451e-007
A 8=-7.99030e-009 A10=-1.82406e-010

各種データ
ズーム比 2.94
広角 中間 望遠
焦点距離 16.00 27.43 47.04
Fナンバー 3.62 4.50 5.82
半画角（度） 37.55 26.47 16.19
像高 12.30 13.66 13.66
レンズ全長 78.86 74.05 77.88
BF 20.48 27.14 37.06

d 6 24.67 10.29 1.00
d14 1.38 2.64 2.92
d16 1.00 2.66 5.58
d20 20.48 27.14 37.06

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -21.02
2 7 27.61
3 15 19.71
4 17 -26.65

［数値実施例３］
面番号 r d nd νd
1 44.257 1.50 1.62041 60.3
2 15.312 3.73
3 21.211 2.00 1.52996 55.8
4* 18.344 6.13
5 -68.793 1.25 1.62041 60.3
6 45.616 0.20
7 24.184 2.33 1.84666 23.9
8 38.930 (可変)
9* 11.420 2.45 1.55332 71.7
10* -511.524 1.34
11 19.131 3.29 1.74924 28.0
12 9.340 3.91
13(絞り) ∞ 2.50
14 93.486 1.75 1.48749 70.2
15 -42.606 (可変)
16 16.941 2.00 1.48749 70.2
17 -166.886 (可変)
18 28.743 0.80 1.77388 43.3
19 14.239 0.69
20 24.198 1.26 1.81678 45.5
21 17.727 (可変)
22 71.697 3.87 1.51633 64.1
23 -49.145 15.40
像面 ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.09119e-005 A 6=-1.04581e-007
A 8= 2.12900e-010 A10=-1.67874e-012

第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.89644e-005 A 6= 2.13576e-007
A 8=-2.94615e-008 A10= 5.58214e-010

第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.56643e-005 A 6= 2.31695e-007
A 8=-2.15460e-008 A10= 5.09832e-010

各種データ
ズーム比 2.88
広角 中間 望遠
焦点距離 16.54 27.00 47.59
Fナンバー 3.45 4.19 5.82
半画角（度） 39.55 26.84 16.01
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 90.00 84.65 95.00
BF 15.40 15.40 15.40

d 8 24.93 10.08 0.80
d15 2.28 3.04 4.36
d17 1.05 4.45 8.36
d21 5.33 10.68 25.06

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -23.67
2 9 28.41
3 16 31.66
4 18 -25.69
5 22 57.10

［数値実施例４］
面番号 r d nd νd
1 25.646 1.25 1.76802 49.2
2 11.934 7.03
3 -63.767 0.65 1.72916 54.7
4 28.511 0.10
5 20.820 2.15 2.00069 25.5
6 41.230 (可変)
7* 15.304 2.61 1.55332 71.7
8* -167.161 2.46
9(絞り) ∞ 0.99
10 11.648 2.93 1.49700 81.5
11 7509.160 0.60 1.88300 40.8
12 10.823 2.01
13 63.521 1.54 1.61800 63.3
14 -50.310 (可変)
15 15.891 2.63 1.59282 68.6
16 -36.184 (可変)
17 -67.202 0.80 1.56883 56.4
18 15.317 1.41
19* -52.542 1.68 1.58313 59.4
20* -39.403 (可変)
像面 ∞

非球面データ
第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.03442e-006 A 6= 1.45626e-006
A 8=-4.99663e-008 A10= 9.77850e-010

第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.24761e-005 A 6= 1.76409e-006
A 8=-6.04737e-008 A10= 1.18499e-009

第19面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.10966e-005 A 6= 2.04795e-006
A 8= 5.29592e-009

第20面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.48803e-005 A 6= 1.87886e-006
A 8= 5.70572e-009 A10= 4.55614e-011

各種データ
ズーム比 2.94

焦点距離 16.00 27.25 47.04
Fナンバー 3.64 4.51 5.82
半画角（度） 37.55 26.62 16.19
像高 12.30 13.66 13.66
レンズ全長 81.22 76.63 80.74
BF 22.01 29.99 40.64

d 6 24.66 10.64 1.24
d14 2.72 2.72 2.72
d16 1.00 2.45 5.29
d20 22.01 29.99 40.64

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -20.25
2 7 29.06
3 15 18.98
4 17 -24.45

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 Ｌ５ 第５レンズ群

Claims (10)

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、開口絞りを含む正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
   前記第３レンズ群は１枚のレンズからなり、
   望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   −０．２０＜β３ｔ＜０．１５
   ０．４＜ｆ２／ｆｔ＜０．６２
   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. 無限遠に合焦したときの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、無限遠に合焦したときの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とするとき、
   Ｄ２ｗ＜Ｄ２ｔ
   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４レンズ群の像側にズーミングに際して不動の正の屈折力の第５レンズ群を有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. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   １．０＜ｆ３／ｆｗ＜２．２
   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４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   −１．８＜ｆ４／ｆｗ＜−１．４
   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. 望遠端における前記第４レンズ群の横倍率をβ４ｔとするとき、
   １．５＜β４ｔ＜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５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 広角端における前記開口絞りから、前記第３レンズ群の最も物体側のレンズの物体側のレンズ面頂点位置までの光軸上の間隔をＬｐｆｗとするとき、
   ０．２＜Ｌｐｆｗ／ｆｗ＜０．８
   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. 広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤ１ｗ、望遠端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤ１ｔとするとき、
   Ｄ１ｗ＞Ｄ１ｔ
   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. 無限遠に合焦したときの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、無限遠に合焦したときの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、
   Ｄ３ｗ＜Ｄ３ｔ
   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. 請求項１乃至９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有することを特徴とする撮像装置。