JP6656196B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等の電子カメラに好適なズームレンズ、ならびにこの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、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ等において、小型軽量で変倍比の高いズームレンズが求められている。このような要望に応えるため例えば下記特許文献１に記載されたズームレンズが提案されている。特許文献１には、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、負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レンズ群とからなる４群構成のズームレンズが記載されている。

特開２０１６−１４８１９号公報

上記カメラでは、高変倍比を確保しながら、高い可搬性も有するように小型軽量であることが求められている。またこれらの要望とともに、高い光学性能を有することも求められており、要求される性能は年々厳しくなっている。

特許文献１に記載のレンズ系は、近年の要望に比して変倍時の球面収差の変動が大きい等の不都合があり、昨今の高性能化の要求を十分満足させるためにはさらなる改善が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、高変倍比を確保しながら、小型化および軽量化が図られ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されたズームレンズ、およびこの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。

本発明のズームレンズは、最も物体側に配置され、広角端から望遠端への変倍に際して光軸に沿ってまず像側に移動する正の屈折力を有する第１レンズ群と、第１レンズ群の像側に第１レンズ群に隣接して配置され、変倍に際して光軸に沿って移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、最も像側に配置され、開口絞りを含み、変倍に際して像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、最終レンズ群の物体側に最終レンズ群に隣接して配置され、変倍に際して光軸に沿って移動する負の屈折力を有する像側負レンズ群とを備え、変倍に際して隣接するレンズ群の光軸方向の間隔が変化し、像側負レンズ群の焦点距離をｆＮ、無限遠物体に合焦時の広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
−１５＜ｆＮ／ｆｗ＜−３．５ （１）
で表される条件式（１）を満足することを特徴とする。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
−１２＜ｆＮ／ｆｗ＜−４．５ （１−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚｒ１、第２レンズ群の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚｒ２としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．０５＜｜ｚｒ１／ｚｒ２｜＜０．４ （２）
０．０８＜｜ｚｒ１／ｚｒ２｜＜０．３５ （２−１）

本発明のズームレンズにおいては、最終レンズ群の焦点距離をｆＥ、無限遠物体に合焦時の広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、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。
４＜ｆＥ／ｆｗ＜１０ （３）
４．５＜ｆＥ／ｆｗ＜８ （３−１）

本発明のズームレンズにおいては、無限遠物体に合焦時の広角端における像側負レンズ群の横倍率をβＮｗ、無限遠物体に合焦時の望遠端における像側負レンズ群の横倍率をβＮｔとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．７＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．５ （４）
０．７５＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．２ （４−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群は、３枚以上の正レンズを有し、最も物体側に負レンズが配置されていることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅｐとしたとき、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。
６５＜νａｖｅｐ＜９０ （５）
７０＜νａｖｅｐ＜８０ （５−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍に際して、光軸に沿ってまず像側に移動した後に移動方向を反転させて物体側に移動し、その後移動方向を反転させて像側に移動することが好ましい。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、像側負レンズ群と、最終レンズ群とからなるように構成してもよい。あるいは、本発明のズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、変倍に際して隣接するレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動する正の屈折力を有する中間正レンズ群と、像側負レンズ群と、最終レンズ群とからなるように構成してもよい。

本発明のズームレンズは、第１レンズ群の一部のレンズのみを光軸に沿って移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行うように構成してもよい。あるいは、本発明のズームレンズは、第１レンズ群は複数のサブレンズ群からなり、少なくとも２つのサブレンズ群を光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行うように構成してもよい。またあるいは、第２レンズ群と、第２レンズ群の像側に第２レンズ群に隣接して配置されたレンズ群を光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行うように構成してもよい。

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、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、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。

なお、本明細書の「正の屈折力を有する〜群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に、「負の屈折力を有する〜群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「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。レンズ群の屈折力の符号およびレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。上記条件式は全て、無限遠物体に合焦した状態で、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ（ナノメートル））を基準としたものである。

本発明によれば、最も物体側に配置された正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、像側負レンズ群と、最も像側に配置された正の最終レンズ群とを備えたズームレンズにおいて、変倍時の各レンズ群の挙動、開口絞りの位置、および像側負レンズ群の屈折力等を好適に設定することにより、高変倍比を確保しながら、小型化および軽量化が図られ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されたズームレンズ、およびこの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のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例１のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例５のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例６のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例６のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例７のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例７のズームレンズの広角端、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例２のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例３のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例４のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例５のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例６のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例７のズームレンズの各収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

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に本発明の一実施形態に係るズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を示し、図２にこのズームレンズの各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を示す。図１および図２に示す例は後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１および図２では、紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、いずれも無限遠物体に合焦した状態を示している。

図１では、変倍時に移動する各レンズ群の下に広角端から望遠端へ変倍する時の各レンズ群の移動軌跡を模式的に矢印で示している。

図２では、「広角端」と付した最上段に広角端状態を示し、「第１中間」と付した上から２つ目の段に第１中間焦点距離状態を示し、「第２中間」と付した上から３つ目の段に第２中間焦点距離状態を示し、「望遠端」と付した最下段に望遠端状態を示している。広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、望遠端状態の順に、全系の焦点距離が長くなっている。第１中間焦点距離状態と第２中間焦点距離状態の定義については後で詳述する。図２では光束として軸上光束および最大画角の光束を各状態に記入している。

このズームレンズを撮像装置に適用する際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタ、プリズム、および／または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図１では、これらを想定した入射面と出射面が平行の光学部材ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。図１の光学部材ＰＰは３つの部材からなるが、光学部材ＰＰを構成する部材の数は図１のものに限定されないし、本発明においては光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

このズームレンズは、最も物体側に配置される第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１の像側に第１レンズ群Ｇ１に隣接して配置される第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔを含み最も像側に配置される正の屈折力を有する最終レンズ群ＧＥと、最終レンズ群ＧＥの物体側に最終レンズ群ＧＥに隣接して配置される像側負レンズ群ＧＮとを備え、変倍に際して隣接するレンズ群の光軸方向の間隔が変化するように構成される。

図１のズームレンズは物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とからなる。第３レンズ群Ｇ３が像側負レンズ群ＧＮに対応し、第４レンズ群Ｇ４が最終レンズ群ＧＥに対応する。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または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、全体として正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍に際して光軸Ｚに沿ってまず像側に移動するように構成される。最も物体側のレンズ群を正の屈折力を有するレンズ群とすることによって、レンズ系全長の短縮が可能となり、小型化に有利となる。本実施形態のようなレンズ系ではズーム中間域で第１レンズ群Ｇ１を通る軸外光線の高さが高くなる傾向にある。そこで、広角端を始点として変倍する際に最初に像側に移動するように構成することによって、第１レンズ群Ｇ１を通る軸外光線の高さを下げることができ、第１レンズ群Ｇ１の有効径を小さくでき、軽量化を図ることが可能となる。

さらに、第１レンズ群Ｇ１は、広角端から望遠端への変倍に際して、光軸Ｚに沿ってまず像側に移動した後に移動方向を反転させて物体側に移動するように構成されることが好ましい。この第１レンズ群Ｇ１が像側から物体側に移動方向を反転する時の状態を第１中間焦点距離状態と称する。第１レンズ群Ｇ１が移動方向を反転して物体側に移動することによって、レンズ系の小型化を図りながら全系の焦点距離を長焦点距離化することに有利となる。

そしてさらに、第１レンズ群Ｇ１は、第１中間焦点距離状態から望遠端への変倍に際して、物体側から像側に移動方向を反転するように構成されることが好ましい。この第１中間焦点距離状態から望遠端への変倍の際の、第１レンズ群Ｇ１が物体側から像側に移動方向を反転する時の状態を第２中間焦点距離状態と称する。この第２中間焦点距離状態で第１レンズ群Ｇ１が物体側から像側に移動方向を反転することによって、像側負レンズ群ＧＮが像側に移動する移動量を抑えることができるため、望遠端での像側負レンズ群ＧＮと最終レンズ群ＧＥとの間隔を確保するのに有利となる。

すなわち、第１レンズ群Ｇ１は、広角端から望遠端への変倍に際して、光軸Ｚに沿ってまず像側に移動した後に移動方向を反転させて物体側に移動し、その後移動方向を反転させて像側に移動することが好ましい。図１に示す例の第１レンズ群Ｇ１は、広角端から第１中間焦点距離状態までは像側に移動し、第１中間焦点距離状態から第２中間焦点距離状態までは物体側に移動し、第２中間焦点距離状態から望遠端までは像側に移動している。

また、第１レンズ群Ｇ１は、３枚以上の正レンズを有し、最も物体側に負レンズが配置されていることが好ましい。最も物体側のレンズを負レンズとすることによって、この負レンズより像側のレンズへの軸外光線の入射角を抑えることができ、広角化に有利となる。また、第１レンズ群Ｇ１が有する正レンズを３枚以上とすることによって、球面収差の補正に有利となる。図１の第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、負レンズであるレンズＬ１１と、４枚の正レンズであるレンズＬ１２〜Ｌ１５とからなる。このように第１レンズ群Ｇ１を５枚のレンズからなるように構成した場合は、小型軽量な構成と良好な性能の両立に有利となる。

第２レンズ群Ｇ２は、全体として負の屈折力を有し、変倍に際して光軸Ｚに沿って移動する。第２レンズ群Ｇ２は負の屈折力を有することによって、変倍の主な作用を担うことができる。

最終レンズ群ＧＥは、全体として正の屈折力を有し、変倍に際して像面Ｓｉｍに対して固定されており、開口絞りＳｔを含むように構成される。最終レンズ群ＧＥは正の屈折力を有することによって主な結像作用を担うことができる。また、変倍に際して固定されていることによって、変倍によるＦナンバーの変動を抑えることができる。さらに、最も像側に配置されて変倍時に不動のレンズ群が開口絞りＳｔを有することによって、第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑えつつ、周辺画角の主光線の像面Ｓｉｍへの入射角を抑えることができる。

像側負レンズ群ＧＮは、全体として負の屈折力を有し、変倍に際して光軸Ｚに沿って移動する。像側負レンズ群ＧＮに負の屈折力を持たせることによって、最終レンズ群ＧＥのレンズ枚数を少なくしても十分なバックフォーカスを確保しつつレンズ系全長を短くすることができる。また、像側負レンズ群ＧＮは、変倍時に移動することによって、変倍による像面位置の変動の補正を担うことができる。

このズームレンズは、像側負レンズ群ＧＮの焦点距離をｆＮ、無限遠物体に合焦時の広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満足するように構成されている。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、像側負レンズ群ＧＮの屈折力を確保することができ、変倍時の像側負レンズ群ＧＮの移動量を抑えることができ、レンズ系全長の短縮を図ることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、像側負レンズ群ＧＮの屈折力が強くなりすぎないため、変倍に伴う球面収差および軸上色収差等の諸収差の変動を抑制することができる。条件式（１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−１５＜ｆＮ／ｆｗ＜−３．５ （１）
−１２＜ｆＮ／ｆｗ＜−４．５ （１−１）

このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚ１、第２レンズ群Ｇ２の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚ２としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、変倍時の第２レンズ群Ｇ２の移動量が第１レンズ群Ｇ１の移動量に比べて相対的に大きくなりすぎないため、ズーム中間域での第１レンズ群Ｇ１を通る軸外光線を低く抑えることができ、第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑制できる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、変倍時の第１レンズ群Ｇ１の移動量が第２レンズ群Ｇ２の移動量に相対的に近づくのを防止できるため、変倍比を確保しつつ、変倍時のレンズ系の重心位置の変化を低減することができる。条件式（２）に関する効果を高めるためには下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．０５＜｜ｚ１／ｚ２｜＜０．４ （２）
０．０８＜｜ｚ１／ｚ２｜＜０．３５ （２−１）

また、このズームレンズは、最終レンズ群ＧＥの焦点距離をｆＥ、無限遠物体に合焦時の広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、最終レンズ群ＧＥの屈折力が強くなりすぎることがないため、十分なバックフォーカスを確保しつつ、周辺画角の主光線の像面Ｓｉｍへの入射角を０度に近づけることが容易となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、最終レンズ群ＧＥの屈折力を確保してレンズ系全長の増大を防止することができる。条件式（３）に関する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。
４＜ｆＥ／ｆｗ＜１０ （３）
４．５＜ｆＥ／ｆｗ＜８ （３−１）

また、このズームレンズは、無限遠物体に合焦時の広角端における像側負レンズ群ＧＮの横倍率をβＮｗ、無限遠物体に合焦時の望遠端における像側負レンズ群ＧＮの横倍率をβＮｔとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）を満足することによって、像側負レンズ群ＧＮが担う変倍の負担と、像側負レンズ群ＧＮより物体側の変倍に寄与するレンズ群が担う変倍の負担とのバランスを好適に保つことできる。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、像側負レンズ群ＧＮの変倍効率を確保することができ、像側負レンズ群ＧＮより物体側の変倍に寄与するレンズ群の移動量の増大を防ぐことができるため、変倍時の収差変動を抑制できる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、像側負レンズ群ＧＮの変倍に寄与する割合が大きくなりすぎることがないため、像側負レンズ群ＧＮのレンズ枚数の増加を抑止でき小型軽量化に有利となり、また、変倍時の収差変動を小さくできる。条件式（４）に関する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。
０．７＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．５ （４）
０．７５＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．２ （４−１）

また、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅｐとしたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、軸上色収差を補正することが容易となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１の正レンズがアッベ数の高い材料のみで構成されるのを防止できる。アッベ数の高い光学材料は必然的に屈折率が低いものとなるため、仮に条件式（５）の上限以上となった場合は、所望の屈折力を確保するためにレンズ面の曲率半径の絶対値が小さくなり、レンズ厚の増加による重量増が発生してしまう。条件式（５）に関する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。
６５＜νａｖｅｐ＜９０ （５）
７０＜νａｖｅｐ＜８０ （５−１）

なお、図１のズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、像側負レンズ群ＧＮと、最終レンズ群ＧＥとからなるように構成されている。このようにした場合は、少ないレンズ群数で構成を簡素化しながら、高変倍比を実現することができる。

しかし、本発明のズームレンズは図１の例とは異なる数のレンズ群で構成することも可能である。例えば、本発明のズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、変倍に際して光軸Ｚに沿って移動する正の屈折力を有する中間正レンズ群と、像側負レンズ群ＧＮと、最終レンズ群ＧＥとからなるように構成してもよい。このようにした場合は、中間正レンズ群は、第２レンズ群Ｇ２との間隔を変えることにより、変倍による像面湾曲、球面収差、および倍率色収差の変動を補正する作用を担うことができ、ズーム全域で諸収差を良好に補正することに有利となる。また、第２レンズ群Ｇ２と異符号の屈折力である正の屈折力を中間正レンズ群に持たせることによって、上記効果をより高めることができる。その際に、中間正レンズ群を望遠端で広角端よりも像側に位置するように構成した場合は、変倍比を高くしても全長を短く構成することができる。

本発明のズームレンズにおいては、無限遠物体から近距離物体への合焦については、種々の方式を採ることができる。例えば、第１レンズ群Ｇ１の一部のレンズのみを光軸Ｚに沿って移動させることにより合焦を行うようにしてもよい。このように合焦時に第１レンズ群Ｇ１の一部のレンズのみを移動させ、残りのレンズは像面Ｓｉｍに対して移動しないように構成することによって、合焦の際に移動するレンズ群を軽量化することができる。

あるいは、第１レンズ群Ｇ１を複数のサブレンズ群からなるように構成し、そのうち少なくとも２つのサブレンズ群を光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより合焦を行うようにしてもよい。このように合焦時に複数のサブレンズ群を互いに異なる軌跡で移動させるフローティング方式を採ることによって、合焦による収差変動を抑制することが容易となる。

またあるいは、第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２の像側に第２レンズ群Ｇ２に隣接して配置されたレンズ群を光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより合焦を行うようにしてもよい。このようにレンズ径の小さい２つのレンズ群で合焦することによって機構部も含めた装置の軽量化を図ることができる。

図１の例では第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂとからなり、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、レンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、レンズＬ１４〜Ｌ１５からなる。合焦時には第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂを構成する２枚のレンズＬ１４、Ｌ１５のみが一体的に光軸方向に移動するように構成されている。図１では合焦時に移動するレンズ群の符号の上に水平方向の両矢印を記入している。

なお、上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、小型化および軽量化が図られ、高変倍比を確保しながら、諸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を実現することが可能である。なお、ここでいう「高い変倍比」とは１５倍以上の変倍比を意味する。

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１のズームレンズの構成は図１および図２に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１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Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負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とからなる。第３レンズ群Ｇ３が像側負レンズ群ＧＮに対応し、第４レンズ群Ｇ４が最終レンズ群ＧＥに対応する。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されている。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂとからなる。第１ａサブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、レンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、レンズＬ１４〜Ｌ１５からなる。無限遠物体から近距離物体への合焦時には第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂのみが光軸方向に移動する。以上が実施例１のズームレンズの概略構成である。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に、回折面係数を表４に示す。表１の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ように構成要素の面に面番号を付した場合の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上の面間隔を示す。表１のＮｄｊの欄には最も物体側の構成要素を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（ナノメートル））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線基準のアッベ数を示し、θｇＦｊの欄にはｊ番目の構成要素のｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））とＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））間の部分分散比を示す。なお、あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線、Ｆ線、およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、およびＮＣとしたとき、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義されるものである。

ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には（Ｓｔ）という語句も記入している。Ｄｉの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。表１では変倍時の可変面間隔については、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。

表２に、変倍比Ｚｒ、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、および望遠端状態の各値をそれぞれ広角端、第１中間、第２中間、および望遠端と表記した欄に示している。表１と表２の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、実施例１の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の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…、１０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ×Ｃ^２×ｈ^２）^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
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

また、表１では回折光学面の面番号には（ＤＯＥ）という語句を付している。表４に、実施例１の回折光学面の面番号と各回折光学面に関する回折面係数を示す。表４の回折面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。各レンズに施された回折光学面は、基本形状となる巨視的なレンズ形状と、回折光学面が持つべき光路長の付加量を光軸Ｚからの高さｈの関数で示した光路差関数Φ（ｈ）とにより表される。回折面係数は、下式で表される光路差関数Φ（ｈ）における各係数Ｐｋ（ｋ＝２、４、６、８）の値である。
Φ（ｈ）＝λ／（２π）×ΣＰｋ×ｈ^ｋ
ただし、
λ：波長
Ｐｋ：回折面係数
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
であり、光路差関数Φ（ｈ）のΣはｋに関する総和を意味する。

各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（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図１５に実施例１のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図１５では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図１５では広角端と付した最上段に広角端状態のものを示し、第１中間と付した上から２つ目の段に第１中間焦点距離状態のものを示し、第２中間と付した上から３つ目の段に第２中間焦点距離状態のものを示し、望遠端と付した最下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））、およびｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１に関する各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図３に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図４に示す。実施例２のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表５に、諸元と可変面間隔を表６に、非球面係数を表７に、回折面係数を表８に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１６に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図５に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図６に示す。実施例３のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。実施例３のズームレンズの基本レンズデータを表９に、諸元と可変面間隔を表１０に、非球面係数を表１１に、回折面係数を表１２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１７に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図７に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図８に示す。実施例４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、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる。第３レンズ群Ｇ３が中間正レンズ群に対応し、第４レンズ群Ｇ４が像側負レンズ群ＧＮに対応し、第５レンズ群Ｇ５が最終レンズ群ＧＥに対応する。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４は隣り合うレンズ群との間隔を変化させて移動し、第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対して固定されている。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと、第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃとからなる。第１ａサブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、レンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１４からなり、第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１５からなる。無限遠物体から近距離物体への合焦時には第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと、第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃとが光軸方向の相互間隔を異ならせて移動する。以上が実施例４のズームレンズの概略構成である。

実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表１３に、諸元と可変面間隔を表１４に、非球面係数を表１５に、回折面係数を表１６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１８に示す。

［実施例５］
実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図９に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図１０に示す。実施例５のズームレンズの概略構成は実施例４のものと同様である。実施例５のズームレンズの基本レンズデータを表１７に、諸元と可変面間隔を表１８に、非球面係数を表１９に、回折面係数を表２０に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１９に示す。

［実施例６］
実施例６のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図１１に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図１２に示す。実施例６のズームレンズは、無限遠物体から近距離物体への合焦時には第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが光軸方向の相互間隔を異ならせて移動する点が実施例４のものと異なり、その他の概略構成は実施例４のものと同様である。実施例６のズームレンズの基本レンズデータを表２１に、諸元と可変面間隔を表２２に、非球面係数を表２３に、回折面係数を表２４に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図２０に示す。

［実施例７］
実施例７のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を図１３に示し、各状態におけるレンズ構成と光路の断面図を図１４に示す。実施例７のズームレンズの概略構成は実施例４のものと同様である。実施例７のズームレンズの基本レンズデータを表２５に、諸元と可変面間隔を表２６に、非球面係数を表２７に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図２１に示す。

表２８に実施例１〜７のズームレンズの条件式（１）〜（５）の対応値を示す。表２８に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜７のズームレンズは、変倍比が２２．１であり高変倍比が確保され、小型化および軽量化が達成され、ズーム全域で諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

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２２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係るズームレンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、または監視用カメラ等を挙げることができる。

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、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図２２では、ズームレンズ１が備える第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、像側負レンズ群ＧＮ、最終レンズ群ＧＥを概略的に図示している。ただし、図２２のズームレンズ１が有するレンズ群の数は一例であり、本発明の撮像装置は図２２の例とは異なる数のレンズ群で構成することも可能である。

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電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子３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。

撮像装置１０はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、ズームレンズ１の変倍を制御するズーム制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御するフォーカス制御部８とを備えている。なお、図２２では１つの撮像素子３のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。

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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数は、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
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ ズーム制御部
８ フォーカス制御部
１０ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１ａ 第１ａサブレンズ群
Ｇ１ｂ 第１ｂサブレンズ群
Ｇ１ｃ 第１ｃサブレンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
ＧＥ 最終レンズ群
ＧＮ 像側負レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１５ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (18)

1. 最も物体側に配置され、広角端から望遠端への変倍に際して光軸に沿ってまず像側に移動する正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   該第１レンズ群の像側に該第１レンズ群に隣接して配置され、変倍に際して光軸に沿って移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   最も像側に配置され、開口絞りを含み、変倍に際して像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、
   該最終レンズ群の物体側に該最終レンズ群に隣接して配置され、変倍に際して光軸に沿って移動する負の屈折力を有する像側負レンズ群とを備え、
   変倍に際して隣接するレンズ群の光軸方向の間隔が変化し、
   前記像側負レンズ群の焦点距離をｆＮ、無限遠物体に合焦時の広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
   −１５＜ｆＮ／ｆｗ＜−３．５ （１）
   で表される条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚｒ１、前記第２レンズ群の広角端と望遠端の光軸方向の位置の差をｚｒ２としたとき、
   ０．０５＜｜ｚｒ１／ｚｒ２｜＜０．４ （２）
   で表される条件式（２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記最終レンズ群の焦点距離をｆＥとしたとき、
   ４＜ｆＥ／ｆｗ＜１０ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
4. 無限遠物体に合焦時の広角端における前記像側負レンズ群の横倍率をβＮｗ、無限遠物体に合焦時の望遠端における前記像側負レンズ群の横倍率をβＮｔとしたとき、
   ０．７＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．５ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズ群は、３枚以上の正レンズを有し、最も物体側に負レンズが配置されている請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均をνａｖｅｐとしたとき、
   ６５＜νａｖｅｐ＜９０ （５）
   で表される条件式（５）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. 前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍に際して、光軸に沿ってまず像側に移動した後に移動方向を反転させて物体側に移動し、その後移動方向を反転させて像側に移動する請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 物体側から順に、前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群と、前記像側負レンズ群と、前記最終レンズ群とからなる請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 物体側から順に、前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群と、変倍に際して隣接するレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動する正の屈折力を有する中間正レンズ群と、前記像側負レンズ群と、前記最終レンズ群とからなる請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 前記第１レンズ群の一部のレンズのみを光軸に沿って移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行う請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
11. 前記第１レンズ群は複数のサブレンズ群からなり、少なくとも２つの該サブレンズ群を光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行う請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
12. 前記第２レンズ群と、該第２レンズ群の像側に該第２レンズ群に隣接して配置されたレンズ群とを光軸方向の相互間隔を異ならせて移動させることにより無限遠物体から近距離物体への合焦を行う請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
13. −１２＜ｆＮ／ｆｗ＜−４．５ （１−１）
    で表される条件式（１−１）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
14. ０．０８＜｜ｚｒ１／ｚｒ２｜＜０．３５ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
15. ４．５＜ｆＥ／ｆｗ＜８ （３−１）
    で表される条件式（３−１）を満足する請求項３記載のズームレンズ。
16. ０．７５＜｜βＮｔ／βＮｗ｜＜１．２ （４−１）
    で表される条件式（４−１）を満足する請求項４記載のズームレンズ。
17. ７０＜νａｖｅｐ＜８０ （５−１）
    で表される条件式（５−１）を満足する請求項６記載のズームレンズ。
18. 請求項１から１７のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。