JP2006243355A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高いズーム比と小型化が可能なズームレンズ及び該ズームレズを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群が配列され、広角端から望遠端まで変化する際に、上記Ｇ２が像側へ移動するとともに、上記Ｇ４がＧ２の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記Ｇ１及び上記Ｇ３が光軸方向に固定され、開口絞りＳが上記Ｇ３の物体側に配置され、上記Ｇ３が負部分群Ｌ３１と、上記負部分群の像側に配置され正部分群Ｌ３２・Ｌ３３とにより構成され、以下の条件式（１）を満足する。（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５但し、Ｄａ：開口絞りから像面までの距離ＴＬ：レンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、、特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられる３ＣＣＤ撮像方式に好適なバックフォーカスが長いズームレンズ及び該ズームレンズを備えた撮像装置に関する。

従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を、各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して、記録する方法が知られている。

近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。また、受光素子においても高集積化や小型化が図られ、高集積化により、より高い空間周波数の記録が可能となり、小型化により、カメラ全体の小型化が図れるようになって来た。

但し、上述の高集積化や小型化により、個々の光電変換素子の受光面積が狭まり、電気出力の低下に伴ってノイズの影響が大きくなる問題があった。これを防ぐために、光学系の大口径比化により受光素子上に到達する光量を増大させる試みや、また、各素子の直前に微小なレンズ素子（所謂、マイクロレンズアレイ）を配置する試みが為されて来た。上記マイクロレンズアレイは、隣り合う素子同士の間に至る光束を素子上へ導く代わりに、レンズ系の射出瞳位置に制約を与える。すなわち、レンズ系の射出瞳位置が受光素子に近づくと、受光素子に到達する主光線の光軸となす角度が大きくなり、画面周辺部へ向かう軸外光束が光軸に対してさらに大きな角度をなし、結果、受光素子上に到達せず、光量不足を招いてしまう。

上記した光電変換素子によって、被写体像を記録するビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズとしては、例えば、正負正正４群ズームレンズが知られている。

正負正正４群ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を配列して構成され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群及び第３レンズ群が光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動することにより変倍作用がなされ、第４レンズ群が第２レンズ群の移動により発生する像面位置の変動を補償する作用をなす。

具体的には、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたズームレンズが知られている。

特開平６−３３７３５３号公報 特開２００２−３６５５４４号公報

しかしながら、上記した従来のズームレンズにおいては、ズーム比（＝望遠端状態での焦点距離／広角端状態での焦点距離）が高くなると、第２レンズ群の移動量が大きくなり、結果的に第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて、第１レンズ群のレンズ径が大きくなってしまうという問題があった。

特に、従来の正負正正４群ズームレンズにおいては、ズーム比を高めるためには、変倍機能を担う第２レンズ群の移動量が増大するため、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れやすくなり、レンズ径の小型化と高変倍化との両立が難しかった。

本発明は上記した問題点に鑑み、高いズーム比を有しながら、レンズ径の小径化が容易であるズームレンズ及び該ズームレズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、Ｄａを開口絞りから像面までの距離、ＴＬをレンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）として、条件式（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５を満足するものである。

また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するため、ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を備え、上記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、Ｄａを開口絞りから像面までの距離、ＴＬをレンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）として、条件式（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５を満足するものである。

従って、本発明ズームレンズにあっては、高変倍比を達成しながら、レンズ径の小型化と高性能化を両立させることが出来る。また、本発明撮像装置は、上記した本発明ズームレンズを備えることにより、小型に構成しながら、高画質の画像を高変倍比で撮影することが出来る。

本発明ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、Ｄａを開口絞りから像面までの距離、ＴＬをレンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）として、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５
また、本発明撮像装置は、ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、Ｄａを開口絞りから像面までの距離、ＴＬをレンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）として、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５
従って、本発明ズームレンズは、高変倍比を達成しながら、レンズ径の小型化と高性能化を両立させることが出来る。また、本発明撮像装置は、上記した本発明ズームレンズを備えることにより、小型に構成しながら、高画質の画像を高変倍比で撮影することが出来る。

請求項２及び請求項９に記載した発明にあっては、ｆ３ｎを第３レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離、ｆｗを広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（２）１３＜｜ｆ３ｎ｜／ｆｗ＜１８を満足するので、さらなる小型化を達成することが出来ると共に、製造時の組み付け誤差による光学品質への影響が少ない。

請求項３及び請求項１０に記載した発明にあっては、上記第１レンズ群は物体側より順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、正レンズの４枚のレンズが配列されて構成されるので、さらなる高性能化を図ることが出来る。

請求項４及び請求項１１に記載した発明にあっては、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離として、条件式（３）２．５＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜３．５を満足するので、高い変倍比でもより良好なる光学性能を得ることができる。

請求項５及び請求項１２に記載した発明にあっては、上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズの４枚のレンズが配列されて構成されるので、第２レンズ群において発生する諸収差をより良好に補正し、より高い光学性能を得ることができる。

請求項６及び請求項１３に記載した発明にあっては、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、条件式（４）０．４２＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５を満足すので、変倍に伴って発生する軸外収差の変動を更に良好に補正することが出来る。

請求項７及び請求項１４に記載した発明にあっては、上記第４レンズ群は物体側より順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズが配列されて構成されるので、被写体位置の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正することができる。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは、物体側より順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群を有し、レンズ系全体での焦点距離がもっとも短い広角端状態から焦点距離がもっとも長い望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群及び第３レンズ群が光軸方向に固定であって、第２レンズ群が像側に移動して変倍作用をなし、第４レンズ群が移動して第２レンズ群の移動に伴う像面位置の補償作用と近距離合焦作用をなす。

上記した構成の基で、本発明ズームレンズにあっては、以下のように構成することにより、高変倍比でありながら、レンズ径の小型化と高性能化との両立を実現した。

本発明ズームレンズにあっては、第１レンズ群のレンズ径を小さくし、且つ、高性能化を図るために、以下のように構成している。
（Ａ）第３レンズ群の物体側に開口絞りを配置する
（Ｂ）第３レンズ群を負部分群と、その像側に配設される正部分群により構成する
開口絞りの位置は高性能化と小型化とのバランスを図る上で極めて重要である。

開口絞りから離れたレンズ群を通過する軸外光束は光軸から離れて通過するため、開口絞りをレンズ系の中央付近に配置した際に各レンズ群のレンズ径を一番小型化しやすい。特に、第１レンズ群は像面位置からもっとも離れているため、レンズ径が大きくなりやすいので、開口絞りを中央付近よりもやや物体側に配置することが望ましい。

また、レンズ位置状態が変化する際に、可動レンズ群を通過する軸外光束は高さが大きく変化するので、この高さの変化を利用して、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。特に、開口絞りの物体側と像側に可動レンズ群をそれぞれ１つ以上配置すると、より良好に収差補正を行うことができる。

以上のことから、本発明においては、第３レンズ群の物体側に開口絞りを配置することで、レンズ径が大きくなりやすい第１レンズ群のレンズ径を抑え、且つ、高性能化を図ることができた。

なお、本発明においては、開口絞りの位置を光軸方向に固定することによって、絞り機構を光軸方向に固定でき、鏡筒構造の簡略化を図ることができる。

本発明ズームレンズにあっては、開口絞りの配置を工夫することによるレンズ径の小型化だけでは充分な小型化が図れないので、第３レンズ群のレンズ構成を工夫することによって、更なる小型化を図っている。

従来より光電変換素子により被写体像を受光する光学系では、射出瞳位置が無限遠に近くなっており、本発明ズームレンズにあっても、射出瞳位置が像面位置から離れ、主光線が光軸に平行に近い状態で像面位置に達するようにしている。

開口絞りから像面位置までの距離が長いほど、開口絞りよりも像側に配置されるレンズ群の屈折力が弱められ、その結果、主光線が光軸となす角度を小さくすることができる。上記したように、主光線の光軸となす角度が小さくなると、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸に近づき、その分、第１レンズ群を小径化することが出来る。

しかしながら、開口絞りから像面位置までの距離を長くすればするほど、開口絞りの位置は物体側に近づくことになり、変倍時の第２レンズ群の移動スペースが短くなってししまい、所定の変倍比を得るためには、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力を強くしなければならなくなり、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を抑えることが出来ず、高性能化を充分に図ることができない。

以上に記載した観点から、本発明ズームレンズにあっては、第３レンズ群を物体側に配置される負部分群と像側に配置される正部分群とにより構成することにより、開口絞りから像面位置までの距離を伸ばすことなく、主光線と光軸とがなす角度を小さくすることができ、第１レンズ群のレンズ径を小型化することができた。

本発明ズームレンズは、以上に示した構成に加え、以下の条件式（１）を満足することを要する。
（１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５
但し、
Ｄａ：開口絞りから像面までの距離
ＴＬ：レンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）
とする。

上記条件式（１）は本発明ズームレンズにおける開口絞りの配置を規定する条件式である。

条件式（１）の上限値を上回った場合（開口絞りの位置が物体側に近づく）は、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力が強まり、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。

また、条件式（１）の下限値を下回った場合（開口絞りの位置が像側に近づく）は、開口絞りの位置が像側に近づくため、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズ径の小型化を充分に図ることができなくなってしまう。

本発明ズームレンズにあっては、上記した通り、第３レンズ群が負部分群と正部分群とにより構成されるが、更なる小型化と製造時の組み付け誤差等に影響されずに安定した光学品質を得るために、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）１３＜｜ｆ３ｎ｜／ｆｗ＜１８
但し、
ｆ３ｎ：第３レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。

上記条件式（２）は第３レンズ群中に配置される負部分群の屈折力を規定する条件式である。

条件式（２）の上限値を上回った場合、主光線が光軸となす角度が大きくなってしまい、その結果、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズ径の小型化を充分に図ることができなくなってしまう。

条件式（２）の下限値を下回った場合、製造時に第３レンズ群を構成する負部分群と正部分群との間に微小なる偏心が起こった際にも光学性能が著しく劣化してしまうため、安定した光学品質を得ることが難しくなってしまう。

本発明ズームレンズにあっては、更なる高性能化を図るために、第１レンズ群が物体側より順に負レンズと正レンズとの接合レンズ及び２枚の正レンズの４枚のレンズで構成されることが望ましい。

第１レンズ群は特に望遠端状態で軸上光束が広い光束径で入射するため、負の球面収差が発生しやすい。また、軸外光束が光軸から離れて入射するため、軸外収差の発生が起こりやすい。

本発明ズームレンズにあっては、第１レンズ群のもっとも物体側に負レンズと正レンズとの接合レンズを配置することで、負の球面収差、及び、軸上色収差を良好に補正している。また、従来の正負正正４群ズームレンズでは第１レンズ群において接合レンズとその像側に１枚の正レンズを配置しているが、本発明ズームレンズでは接合レンズの像側に配置される正レンズを２枚とすることにより、高い変倍比でありながらも、望遠端状態における負の球面収差の発生を抑え、且つ、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができ、より高い光学性能を実現することができる。

本発明ズームレンズにあっては、高い変倍比でもより良好なる光学性能を得るために、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）２．５＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜３．５
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離
とする。

上記条件式（３）は第１レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（３）の上限値を上回った場合、レンズ全長が極端に大型化してしまうため、好ましくない。

条件式（３）の下限値を下回った場合、望遠端状態で画面周辺部において発生するコマ収差を良好に補正することができなくなり、更なる高性能化が充分に図れない。

本発明ズームレンズにあっては、第２レンズ群において発生する諸収差をより良好に補正し、より高い光学性能を得るために、第２レンズ群を、物体側より順に配列された、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズの４枚のレンズで構成することが望ましい。

第２レンズ群は変倍作用を担うレンズ群であるため、第２レンズ群で発生する諸収差を良好に補正することが、更なる高性能化を図る上で重要である。本発明においては、第２レンズ群のもっとも物体側に配置される像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズが、広角端状態で画角の変化に伴って発生するコマ収差の変動を補正する役割をなし、その像側に配置されるトリプレットレンズが軸上収差を良好に補正する役割をなすことで、収差補正上の役割分担を明確化して、良好なる結像性能が得られるようにしている。

なお、本発明ズームレンズにあっては、正レンズとその像側に配置される負レンズとの偏心による性能劣化が大きいため、接合化することにより、製造時に上記２つのレンズの間の偏心が生じにくくなり、安定した光学品質を得ることができる。

本発明ズームレンズにあっては、第２レンズ群が唯一の負レンズ群であるため、変倍に伴って発生する軸外収差の変動を更に良好に補正するには、第２レンズ群の屈折力を適切に設定することが肝要であり、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．４２＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。

上記条件式（４）は第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（４）の上限値を上回った場合、第２レンズ群を通過する軸外光束がより光軸から離れ、その結果、広角端状態で画面周縁部において発生するコマ収差を良好に補正することが難しくなってしまう。

条件式（４）の下限値を下回った場合、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。

本発明ズームレンズにあっては、被写体位置の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正するために、第４レンズ群が物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズにより構成されることが望ましい。

トリプレット構成とすることにより、軸外収差と軸上収差とを同時に補正することが可能となり、被写体位置が変化した際に発生する諸収差の変動を良好に補正することができる。

なお、本発明ズームレンズにおいては、色収差の発生をより良好に抑えるために、第１レンズ群に異常分散性の高い硝材を用いることが望ましい。特に、第１レンズ群を構成するレンズのうち、接合レンズ中の正レンズを異常分散性の高い硝材で形成することにより、望遠端状態で画面中心部において発生する２次分散を良好に補正することができる。

また、第１レンズ群の像側に配置される２枚の正レンズのうち、いずれか１枚をアッベ数が６５を超える低分散の硝材で形成することにより、望遠端状態で画面周辺部において発生する倍率色収差を良好に補正することが可能である。２枚の正レンズを両方、低分散の硝材とすることにより、倍率色収差をより良好に補正することができる。

本発明ズームレンズにあっては、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つのレンズ群全体か、あるいは、１つのレンズ群を構成する一部のレンズを光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能である。特に、第３レンズ群を構成する負部分群と正部分群のうち、いずれか一方を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせた際に、もっとも光学性能の劣化が少ない状態で像をシフトさせることが可能であり、カメラのブレを検出する検出系、上記レンズ群をシフトさせる駆動系、検出系の出力に従って駆動系にシフト量を与える制御系と組合せることにより、防振光学系として機能させることが可能である。

本発明ズームレンズにあっては、非球面レンズを用いることにより、より高い光学性能を実現することができる。特に、最終レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能の更なる高性能化が可能となる。また、第２レンズ群に非球面レンズを用いることにより、広角端状態において発生する画角によるコマ収差の変動を良好に補正することも可能である。

更に、複数の非球面を１つの光学系に用いることでより高い光学性能が得られるのは言うまでもない。

また、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、受光素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも勿論、可能である。

ダイクロイックミラーを有するプリズムを光学系の像側に配置することにより、ＲＧＢ３色に光束を分割し、３つのイメージャー（受光素子）で受光する３イメージャー撮像方式の光学系に用いることも可能である。

以下に、本発明ズームレンズの各実施の形態及び実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について説明する。

なお、各実施の形態において非球面が用いられるが、非球面形状は次の数１式によって表される。

ここで、
ｙ：光軸からの高さ
ｘ：サグ量
ｃ：曲率
κ：円錐定数
Ａ、Ｂ、・・・：非球面係数
である。

図１は本発明ズームレンズの各実施の形態の屈折力配分を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔は減少するように、第２レンズ群Ｇ２が像側へ移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３は固定であって、第４レンズ群Ｇ４が第２レンズ群Ｇ２の移動に伴う像面位置の変動を補正するように移動するとともに近距離合焦時に物体側へ移動する。

図２は本発明ズームレンズの第１の実施の形態１のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズＬ２３により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合負レンズＬ３１、物体側に非球面を有する両凸レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ３２、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は物体側に非球面である凸面を向けた正レンズＬ４１、像側に凹面を向けた負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ４２により構成される。

この第１の実施の形態にかかるズームレンズ１では、第３レンズ群Ｇ３中に配置される接合負レンズＬ３１が負部分群、接合レンズＬ３２と正レンズＬ３３とが正部分群をなす。

また、光軸方向に固定である開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３の物体側に近接して配置され、第４レンズ群Ｇ４の像側に光軸方向に固定である色分解プリズムＰＰが配置される。

表１に上記第１の実施の形態１に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を掲げる。表１及び以下の諸元表中の面番号は物体側からｉ番目の面を示し、曲率半径は第ｉ番目の面の曲率半径、面間隔は第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔、屈折率は物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率、アッベ数は物体側に第ｉ番目の面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。なお、曲率半径０とは平面を示し、面間隔Ｄｉは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔が可変間隔であることを示す。

第１の実施の形態にかかるズームレンズ１において、広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔Ｄ７、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１４、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ２３、第４レンズ群Ｇ４と色分解プリズムＰＰとの間の面間隔Ｄ２８が変化する。そこで、表２に数値実施例１の上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び画角２ωと共に示す。

第１の実施の形態にかかるズームレンズ１において、第１９面及び第２４面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１の上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表３に示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

上記数値実施例１の各条件式対応値を表４に示す。

図３乃至図５は数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図３は広角端状態（ｆ＝1.000）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝9.430）、図５は望遠端状態（ｆ＝21.047）における諸収差図を示す。

図３乃至図５の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

上記表４及び各収差図から、数値実施例１は条件式（１）〜（４）を満足し、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

図６は本発明ズームレンズの第２実施の形態２のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズＬ２３により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合負レンズＬ３１、物体側に非球面を有する両凸レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ３２、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は物体側に非球面である凸面を向けた正レンズＬ４１、像側に凹面を向けた負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ４２により構成される。

この第２の実施の形態にかかるズームレンズ２では、第３レンズ群Ｇ３中に配置される接合負レンズＬ３１が負部分群、接合レンズＬ３２と正レンズＬ３３とが正部分群をなす。

また、光軸方向に固定である開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３の物体側に近接して配置され、第４レンズ群Ｇ４の像側に光軸方向に固定である色分解プリズムＰＰが配置される。

表５に上記第２の実施の形態２に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を掲げる。

第２の実施の形態にかかるズームレンズ２において、広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔Ｄ７、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１４、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ２３、第４レンズ群Ｇ４と色分解プリズムＰＰとの間の面間隔Ｄ２８が変化する。そこで、表６に数値実施例２の上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び画角２ωと共に示す。

第２の実施の形態にかかるズームレンズ２において、第１９面及び第２４面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２の上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表７に示す。

上記数値実施例２の各条件式対応値を表８に示す。

図７乃至図９は数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図７は広角端状態（ｆ＝1.000）、図８は中間焦点距離状態（ｆ＝8.860）、図９は望遠端状態（ｆ＝21.057）における諸収差図を示す。

図７乃至図９の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

上記表８及び各収差図から、数値実施例２は条件式（１）〜（４）を満足し、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

図１０は本発明ズームレンズの第３実施の形態３のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズＬ２３により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合負レンズＬ３１、物体側に非球面を有する両凸レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ３２、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は物体側に非球面である凸面を向けた正レンズＬ４１、像側に凹面を向けた負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ４２により構成される。

この第３の実施の形態にかかるズームレンズ３では、第３レンズ群Ｇ３中に配置される接合負レンズＬ３１が負部分群、接合レンズＬ３２と正レンズＬ３３とが正部分群をなす。

また、光軸方向に固定である開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３の物体側に近接して配置され、第４レンズ群Ｇ４の像側に光軸方向に固定である色分解プリズムＰＰが配置される。

表９に、上記第３の実施の形態３に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を掲げる。

第３の実施の形態にかかるズームレンズ３において、広角端より望遠端へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔Ｄ７、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１４、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ２３、第４レンズ群Ｇ４と色分解プリズムＰＰとの間の面間隔Ｄ２８が変化する。そこで、表１０に数値実施例３の上記各面間隔の広角端、広角端と望遠端との間の中間焦点距離及び望遠端における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．及び画角２ωと共に示す。

第３の実施の形態にかかるズームレンズ３において、第１９面及び第２４面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３の上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表１１に示す。

上記数値実施例２の各条件式対応値を表１２に示す。

図１１乃至図１３は数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１１は広角端状態（ｆ＝1.000）、図１２は中間焦点距離状態（ｆ＝9.196）、図１３は望遠端状態（ｆ＝21.061）における諸収差図を示す。

図１１乃至図１３の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

上記表１２及び各収差図から、数値実施例３は条件式（１）〜（４）を満足し、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。 図１４に本発明撮像装置の実施の形態を示す。

撮像装置１０はズームレンズ２０を備え、ズームレンズ２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子３０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記ズームレンズ２０には本発明にかかるズームレンズを適用することができ、図１４では、図２に示した第１の実施の形態にかかるズームレンズのレンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかるズームレンズだけでなく、第２の実施の形態及び第３の実施の形態にかかるズームレンズや本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明ズームレンズを使用することができる。

上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。

制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０を介して駆動部７０を動作させて、各レンズ群を所定の位置へと移動させる。各センサ８０によって得られた各レンズ群の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように制御する。

上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。

なお、上記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

バックフォーカスが長く、特に、３ＣＣＤ撮像方式に好適であり、さらに高変倍比を有しながらレンズ系の小径化を達成したズームレンズを提供でき、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラに適用して有用である。

本発明ズームレンズの屈折力配置と変倍時における各レンズ群の可動の可否を示す図である。 本発明ズームレンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図４及び図５と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図８及び図９と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１２及び図１３と共に本発明ズームレンズの第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。 本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、Ｇ１…第１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、Ｌ３１…負部分群、Ｌ３２・Ｌ３３…正部分群、Ｓ…開口絞り、１０…撮像装置、２０…ズームレンズ、３０…撮像素子

Claims (14)

1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、
   開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、
   上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、
   以下の条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５
   但し、
   Ｄａ：開口絞りから像面までの距離
   ＴＬ：レンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）
   とする。
2. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
   以下の条件式（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （２）１３＜｜ｆ３ｎ｜／ｆｗ＜１８
   但し、
   ｆ３ｎ：第３レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離
   ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
   とする。
3. 請求項１又は請求項２に記載のズームレンズにおいて、
   上記第１レンズ群は物体側より順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、正レンズの４枚のレンズが配列されて構成される
   ことを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項３に記載のズームレンズにおいて、
   以下の条件式（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （３）２．５＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜３．５
   但し、
   ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
   ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離
   とする。
5. 請求項１又は請求項２に記載のズームレンズにおいて、
   上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズの４枚のレンズが配列されて構成される
   ことを特徴とするズームレンズ。
6. 請求項５に記載のズームレンズにおいて、
   以下の条件式（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （４）０．４２＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５
   但し、
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
   とする。
7. 請求項１又は請求項２に記載のズームレンズにおいて、
   上記第４レンズ群は物体側より順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズが配列されて構成される
   ことを特徴とするズームレンズ。
8. ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
   上記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群が配列され、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、上記第２レンズ群が像側へ移動するとともに、上記第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動し、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、
   開口絞りが上記第３レンズ群の物体側に配置され、
   上記第３レンズ群が負の屈折力を有する負部分群と、上記負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され正の屈折力を有する正部分群とにより構成され、
   以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （１）０．４＜Ｄａ／ＴＬ＜０．５
   但し、
   Ｄａ：開口絞りから像面までの距離
   ＴＬ：レンズ全長（レンズ系のもっとも物体側のレンズ面から像面位置までの光軸に沿った距離）
   とする。
9. 請求項８に記載の撮像装置において、
   以下の条件式（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （２）１３＜｜ｆ３ｎ｜／ｆｗ＜１８
   但し、
   ｆ３ｎ：第３レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離
   ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
   とする。
10. 請求項８又は請求項９に記載の撮像装置において、
    上記第１レンズ群は物体側より順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、正レンズの４枚のレンズが配列されて構成される
    ことを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    以下の条件式（３）を満足することを特徴とする撮像装置。
    （３）２．５＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜３．５
    但し、
    ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
    ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離
    とする。
12. 請求項８又は請求項９に記載の撮像装置において、
    上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズの４枚のレンズが配列されて構成される
    ことを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１２に記載の撮像装置において、
    以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
    （４）０．４２＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５
    但し、
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    とする。
14. 請求項８又は請求項９に記載の撮像装置において、
    上記第４レンズ群は物体側より順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズが配列されて構成される
    ことを特徴とする撮像装置。

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