JP5384389B2

JP5384389B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5384389B2
Application number: JP2010025790A
Authority: JP
Inventors: 大雅野田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-02-08
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Publication date: 2014-01-08
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Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）等に好適に用いられるズームレンズおよび撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子の小型化が進むにつれて、装置全体としての小型化が求められている。撮像装置全体の小型化を図るためにも、レンズ全長が短縮化され、レンズ系が全体的に小型化されていることが好ましい。この場合、使用時（撮影時）におけるレンズ全長だけでなく、非使用時（非撮影時）におけるレンズ系の装置本体への収納状態を考慮した構成になっていることが好ましい。例えば沈胴式レンズのような、非撮影時にカメラボディ内にレンズ系を沈胴させる構造に適したレンズ構成になっていることが好ましい。

特許文献１ないし３には、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正の４つのレンズ群が配設された４群方式のズームレンズに関する発明が開示されている。

特開２００３−３１５６７６号公報特開２００５−３２６７４３号公報特開２００８−３１０２２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、ズーム倍率が５倍程度と比較的高倍率でレンズ枚数も比較的少ないものの、画角が６０度程度に留まっており、広角化が不十分である。また各群のパワーも小さいので群の移動量が大きくなり、レンズ系全体では小型化が困難である。

特許文献２に記載のズームレンズは、ズーム倍率が５倍程度と比較的高倍率で、かつ比較的広角化も図られているが、第１レンズ群の移動量が大きく、望遠端での全長が大きい。このため沈胴時のレンズユニットとしての大きさを小型化するのが困難である。

特許文献３に記載のズームレンズは、レンズ枚数も少なく各群の厚みも小さい構成でコンパクト化に関して優れているが、広角化が不十分である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的広角、高変倍比でありながら、小型で変倍時の収差変動の少ない高性能のズームレンズおよび撮像装置を提供することにある。

本発明によるズームレンズは、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レンズ群とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大すると共に、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少するように各レンズ群を移動させることにより、広角端から望遠端へと変倍を行うようになされているものである。また、第１レンズ群が１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなり、第３レンズ群が物体側から順に、正レンズおよび第１の負レンズからなる接合レンズと、第２の負レンズとからなり、広角端から望遠端へと変倍させる際には、第１レンズ群が物体側に移動し、第２レンズ群が像側に凸の軌跡で移動し、第３レンズ群が物体側方向にのみ単調に移動し、第４レンズ群が物体側に凸の軌跡で移動するようになされ、かつ、以下の条件式を満足するものである。
ただし、Ｘ１は広角端から望遠端へと変倍させた際の第１レンズ群の移動量、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群の合成焦点距離、ｆｗは広角端における全系の焦点距離とする。
０．３＜Ｘ１／ｆｔ＜０．５ ……（１）
５．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（２）

本発明によるズームレンズでは、各群の変倍時の移動軌跡の最適化が図られる。また、第１レンズ群の変倍時の移動量や構成の最適化が図られる。これにより、比較的広角、高変倍比でありながら、変倍時の収差変動を抑えやすくなる。また、レンズ全長を抑えやすく、全体的に小型化を図りやすくなる。
そして、さらに、次の好ましい構成を適宜採用して満足することで、より高性能化を図りやすくなる。

また、本発明によるズームレンズにおいて、以下の少なくとも１つの条件式を満足していることが好ましい。式中、ｆ２は第２レンズ群の合成焦点距離、β２ｗは広角端における第２レンズ群の横倍率、β２ｔは望遠端における第２レンズ群の横倍率、β３ｗは広角端における第３レンズ群の横倍率、β３ｔは望遠端における第３レンズ群の横倍率を示す。ＩＨは最大像高を示す。
−１．４＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２ ……（３）
０．６＜β２ｔ・β３ｗ／（β２ｗ・β３ｔ）＜１．２ ……（４）
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８５ ……（５）

第１レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズとの貼り合わせによる接合レンズであることが好ましい。また、第１レンズ群に関して、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ν１ｐは第１レンズ群中の１枚の正レンズのｄ線でのアッベ数、ν１ｎは第１レンズ群中の１枚の負レンズのｄ線でのアッベ数を示す。
ν１ｎ＜２０．０ ……（６）
２４＜ν１ｐ−ν１ｎ＜３５ ……（７）

第２レンズ群は物体側から順に、２枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなることが好ましい。

第３レンズ群に関して、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ν３ｐは第３レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線でのアッベ数、ν３ｎは第３レンズ群中の接合レンズを構成する第１の負レンズのｄ線でのアッベ数とする。
第３レンズ群中の第２の負レンズは少なくとも１面が非球面形状であることが好ましい。
ν３ｎ＜２０．０ ……（８）
３７＜ν３ｐ−ν３ｎ＜４５ ……（９）

本発明による撮像装置は、本発明によるズームレンズと、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いて、装置全体としての小型化が図られる。

本発明のズームレンズによれば、４群方式のズームレンズにおいて、各群の変倍時の移動軌跡の最適化を図ると共に、第１レンズ群の変倍時の移動量や構成の最適化を図るようにしたので、比較的広角、高変倍比でありながら、小型で変倍時の収差変動の少ない高性能のズームレンズ系を実現することができる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いるようにしたので、広角で高変倍比の良好な撮像性能を維持しつつ、装置全体としての小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示すものであり、数値実施例１に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第２の構成例を示すものであり、数値実施例２に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第３の構成例を示すものであり、数値実施例３に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第４の構成例を示すものであり、数値実施例４に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第５の構成例を示すものであり、数値実施例５に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第６の構成例を示すものであり、数値実施例６に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第７の構成例を示すものであり、数値実施例７に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第８の構成例を示すものであり、数値実施例８に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第９の構成例を示すものであり、数値実施例９に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第１０の構成例を示すものであり、数値実施例１０に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第１１の構成例を示すものであり、数値実施例１１に対応するレンズ断面図である。ズームレンズの第１２の構成例を示すものであり、数値実施例１２に対応するレンズ断面図である。実施例１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例２に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例３に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例３に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例３に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例４に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例４に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例４に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例５に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例５に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例５に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例６に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例６に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例６に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例７に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例７に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例７に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例８に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例８に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例８に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例９に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例９に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例９に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１０に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１０に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１０に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１１に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１２に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。実施例１２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。本発明の一実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルスチルカメラの一構成例を示す外観図である。本発明の一実施の形態に係る撮像装置としてのビデオカメラの一構成例を示す外観図である。

［レンズ構成］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ）は広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｂ）は中間域（中間焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｃ）は望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置に対応している。同様にして、後述の第２ないし第１２の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第１２の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、変倍に伴って変化する部分の面間隔（例えばＤ３，Ｄ９等）のみ符号を付す。

このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、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とを備えている。光学的な開口絞りＳｔは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間で、例えば第３レンズ群Ｇ３の物体側近傍に配設されている。

このズームレンズは、例えばビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮影機器のほか、ＰＤＡ等の情報携帯端末にも搭載可能である。このズームレンズの像側には、搭載されるカメラの撮影部の構成に応じた部材が配置される。例えば、このズームレンズの結像面（撮像面）には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１００が配置される。撮像素子１００は、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するものである。少なくとも、このズームレンズと撮像素子１００とで、本実施の形態における撮像装置が構成される。最終レンズ群（第４レンズ群Ｇ４）と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていても良い。

このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が増大すると共に、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が減少するように各レンズ群を移動させるようになっている。

より詳しくは、広角端から中間域へ、さらに望遠端へと変倍させるに従い、各レンズ群は、例えば図１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）の状態へ、さらに図１（Ｃ）の状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動するようになっている。図示したように、広角端から望遠端へと変倍させる際には、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動する。ただし、第１レンズ群Ｇ１は広角端から中間域への変倍域では一端、像側に移動した後、物体側に移動することが好ましい。第２レンズ群Ｇ２は像側に凸の軌跡で移動する。第３レンズ群Ｇ３は物体側方向にのみ単調に移動する。第４レンズ群Ｇ４は物体側に凸の軌跡で移動する。

開口絞りＳｔは、例えば第３レンズ群Ｇ３と共に移動するようになっている（図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例）。ただし、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように、変倍時に、開口絞りＳｔを他のレンズ群とは独立して移動させるようにしても良い。

このズームレンズは、沈胴式レンズとすることができる。沈胴式レンズとする場合、光軸Ｚ１上で各レンズ群間隔を縮める方式であっても良いし、一部のレンズ群（例えば第３レンズ群Ｇ３）を光軸Ｚ１上から退避させた上でその他のレンズ群の間隔を縮める方式であっても良い。

第１レンズ群Ｇ１は、全体として正の屈折力を有している。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、１枚の負レンズＬ１１と１枚の正レンズＬ１２とからなる。負レンズＬ１１と正レンズＬ１２は、貼り合わせによる接合レンズであることが好ましい。負レンズＬ１１は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる。正レンズＬ１２の物体側は、例えば物体側に凸面とされている。

第２レンズ群Ｇ２は、全体として負の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は例えば、物体側から順に、２枚の負レンズＬ２１，Ｌ２２と、１枚の正レンズＬ２３とからなる。

第３レンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は例えば、物体側から順に正レンズＬ３１および第１の負レンズＬ３２からなる接合レンズと、第２の負レンズＬ３３とからなる。第３レンズ群Ｇ３中の最も像側のレンズ（第２の負レンズＬ３３）は、少なくとも１面が非球面形状であることが好ましい。

第４レンズ群Ｇ４は、全体として正の屈折力を有している。第４レンズ群Ｇ４は１枚の正レンズＬ４１のみで構成されていることが好ましい。正レンズＬ４１は非球面形状を含んでいても構わないが、偏芯感度に強くするため球面形状のみとするのが好ましい。

このズームレンズは、以下の条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。式中、Ｘ１は広角端から望遠端へと変倍させた際の第１レンズ群Ｇ１の移動量、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離、ｆｗは広角端における全系の焦点距離とする。ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離、β２ｗは広角端における第２レンズ群Ｇ２の横倍率、β２ｔは望遠端における第２レンズ群Ｇ２の横倍率、β３ｗは広角端における第３レンズ群Ｇ３の横倍率、β３ｔは望遠端における第３レンズ群Ｇ３の横倍率を示す。ＩＨは最大像高を示す。ν１ｐは第１レンズ群Ｇ１中の１枚の正レンズＬ１２のｄ線でのアッベ数、ν１ｎは第１レンズ群Ｇ１中の１枚の負レンズＬ１１のｄ線でのアッベ数を示す。ν３ｐは第３レンズ群Ｇ３中の接合レンズを構成する正レンズＬ３１のｄ線でのアッベ数、ν３ｎは第３レンズ群Ｇ３中の接合レンズを構成する第１の負レンズＬ３２のｄ線でのアッベ数とする。
０．３＜Ｘ１／ｆｔ＜０．５ ……（１）
５．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（２）
−１．４＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２ ……（３）
０．６＜β２ｔ・β３ｗ／（β２ｗ・β３ｔ）＜１．２ ……（４）
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８５ ……（５）
ν１ｎ＜２０．０ ……（６）
２４＜ν１ｐ−ν１ｎ＜３５ ……（７）
ν３ｎ＜２０．０ ……（８）
３７＜ν３ｐ−ν３ｎ＜４５ ……（９）

なお、条件式（１）において、Ｘ１は第１レンズ群Ｇ１の移動量であるが、これは、広角端から望遠端への変倍時に変化する面間隔の和（Ｄ３＋Ｄ９＋Ｄ１５＋Ｄ１７）の変化量に相当する。すなわち、
「望遠端における各可変面間隔の和（Ｄ３＋Ｄ９＋Ｄ１５＋Ｄ１７）」
−「広角端における各可変面間隔の和（Ｄ３＋Ｄ９＋Ｄ１５＋Ｄ１７）」
である。

［撮像装置への適用例］
図４９（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラを示している。特に図４９（Ａ）は、このデジタルスチルカメラを前側から見た外観を示し、図４９（Ｂ）は、このデジタルスチルカメラを背面側から見た外観を示している。このデジタルスチルカメラは、カメラ本体１０を備え、そのカメラ本体１０の前面側の中央上部に、ストロボ光を照射するストロボ発光部３１が設けられている。カメラ本体１０の上面側には、レリーズボタン３２と電源ボタン３３が設けられている。カメラ本体１０の背面側には、表示部３６と操作部３４，３５とが設けられている。表示部３６は、撮像された画像を表示するためのものである。カメラ本体１０の前面側中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にレンズ部２０が設けられている。レンズ部２０は、沈胴式の鏡筒内にレンズ部材を収納したものである。カメラ本体１０内には、レンズ部２０によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。このデジタルスチルカメラでは、レリーズボタン３２を押圧操作することにより、１フレーム分の静止画の撮影が行われ、この撮影で得られる画像データがカメラ本体１０内の記録媒体（図示せず）に記録される。このようなカメラにおけるレンズ部２０として、本実施の形態におけるズームレンズを用いることで、高解像の撮像信号が得られる。カメラ本体１０側では、その撮像信号に基づいて高解像の画像を生成することができる。

また、このデジタルスチルカメラが動画の撮影機能を有していても良い。例えば動画撮影モードと静止画撮影モードとを操作部３４，３５によって選択可能とする。動画撮影モードが選択された場合には、単位時間当たりに複数枚の静止画を連続的に撮影することで、動画データを得ることができる。

図５０は、このズームレンズが搭載される撮像装置の一例としてビデオカメラの構成例を示している。このビデオカメラは、カメラ本体１と、カメラ本体１の上部に設けられた撮像レンズ２とを備えている。カメラ本体１内には、撮像レンズ２によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。カメラ本体１にはまた、撮影した画像を表示するための表示ユニット３が取り付けられている。このようなビデオカメラにおける撮像レンズ２としても、本実施の形態におけるズームレンズを適用可能である。

［作用・効果］
次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。
このズームレンズによれば、４群方式のズームレンズにおいて、各群の変倍時の移動軌跡の最適化を図ると共に、第１レンズ群Ｇ１の変倍時の移動量や構成の最適化を図るようにしたので、比較的広角、高変倍比でありながら、小型で変倍時の収差変動の少ない高性能のズームレンズ系を実現することができる。

特に、第１レンズ群Ｇ１を１枚の負レンズＬ１１と１枚の正レンズＬ１２との２枚構成としたことで、第１レンズ群Ｇ１の厚みを薄くすることができる。また、レンズの径を小さくするためには広角端でのレンズ全長を短くする必要があるが、同時に、望遠端で良好な光学性能を確保しようとすると、第２レンズ群Ｇ２の移動軌跡が単調なものでは困難となる。このズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４の移動軌跡に特徴を持たせることで、レンズ系全体の小型化を実現しつつズーム全域で光学性能の変動を抑えている。

また、第１レンズ群Ｇ１の１枚の負レンズＬ１１と１枚の正レンズＬ１２とを貼り合わせによる接合レンズとすることで、レンズ組み立て時に生じる誤差を少なくすることができ、第１レンズ群Ｇ１の厚みを小さくすることができる。

また、第２レンズ群Ｇ２を物体側から順に２枚の負レンズＬ２１，Ｌ２２と１枚の正レンズＬ２３とからなる構成とすることで第２レンズ群Ｇ２を小型化しつつ、変倍全域における像面湾曲と色収差を補正することができる。また、第３レンズ群Ｇ３を物体側から順に、正レンズＬ３１および第１の負レンズＬ３２からなる接合レンズと、第２の負レンズＬ３３とからなる構成とすることで、第３レンズ群Ｇ３の厚みを抑えることができる。かつ、第３レンズ群Ｇ３中の最も像側のレンズ（第２の負レンズＬ３３）に非球面形状を付与することで、変倍全域における球面収差と像面湾曲を抑えることができる。

上記条件式（１）は、広角端から望遠端への第１レンズ群Ｇ１の移動量に関する式で、この式を満足することで、レンズ系を小型化できる。上記条件式（１）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１の移動量が小さくなるため、第１レンズ群Ｇ１の移動機構の長さは短くなるが、広角端におけるレンズ全長が長くなり、第１レンズ群Ｇ１の径が大きくなってレンズ系の小型化が困難になる。また第２レンズ群Ｇ２の変倍作用が十分得られないので第３レンズ群Ｇ３の変倍作用が大きくなり、良好な収差補正が得られなくなってしまう。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１の移動量が大きくなるため、第１レンズ群Ｇ１の移動機構が長くなり沈胴時のレンズ系の小型化を達成することができない。
より小型で高い光学性能を得るためには、条件式（１）の数値範囲は、
０．３２＜Ｘ１／ｆｔ＜０．４８ ……（１’）
であることが望ましい。
さらに良い性能を得るためには、
０．３５＜Ｘ１／ｆｔ＜０．４６ ……（１’’）
であることが望ましい。

上記条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化でき、変倍全域での収差を良好に補正することができる。上記条件式（２）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなるため、光学系の小型化には有利であるが、第１レンズ群Ｇ１にて発生する収差が増大する。このため、ズーム全域にて良好に収差を補正することが困難となる。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなり第１レンズ群Ｇ１の径も拡大されるため、光学系の小型化を達成することができない。
より小型で高い光学性能を得るためには、条件式（２）の数値範囲は、
５．２＜ｆ１／ｆｗ＜６．５ ……（２’）
であることが望ましい。
さらに良い性能を得るためには、
５．３＜ｆ１／ｆｗ＜６．０ ……（２’’）
であることが望ましい。

上記条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離に関する式で、この式を満足することで、レンズ系の小型化を達成することができる。上記条件式（３）の下限を下回ると第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が大きくなり屈折力が弱くなるため、十分な変倍作用を得るのが難しくなる。変倍作用を得るために第２レンズ群Ｇ２の移動量を大きくするとレンズ鏡筒が長くなり、レンズ径の小型化が困難になる。上限を上回ると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなるため、ズーム全域での収差変動が大きくなり、良好な光学性能を得るのが困難になる。
より小型で高い光学性能を得るためには、条件式（３）の数値範囲は、
−１．３８＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２ ……（３’）
であることが望ましい。
さらに良い性能を得るためには、
−１．３６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２１ ……（３’’）
であることが望ましい。

上記条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との変倍作用の比に関する式で、この式を満足することで、主な変倍作用を第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３に最適に振り分けることができ、好ましいカム形状を実現することでレンズ鏡筒の小型化を達成することができる。上記条件式（４）の下限を下回ると第３レンズ群Ｇ３の変倍負担が大きくなり、その移動量も大きくなるため、小型化に不利である。また移動量増加に伴い変倍時の射出瞳の変動も大きくなるため好ましくない。上限を上回ると第２レンズ群Ｇ２の変倍負担が大きくなり、その移動量増加により小型化に不利となる。また、収差補正がズーム全域で困難になるといった問題がある。
より小型で高い光学性能を得るためには、条件式（４）の数値範囲は、
０．６５＜β２ｔ・β３ｗ／（β２ｗ・β３ｔ）＜１．１６ ……（４’）
であることが望ましい。
さらに良い性能を得るためには、
０．７７＜β２ｔ・β３ｗ／（β２ｗ・β３ｔ）＜１．１２ ……（４’’）
であることが望ましい。

上記条件式（５）は、広角端における最大画角に関する式で、この式を満足することで広い画角まで撮影することができる。なお、条件式（５）においてＩＨは最大像高であるが、この最大像高ＩＨは撮像素子１００の有効サイズに相当する。すなわち、条件式（５）を満たすことは、このズームレンズが有効サイズＩＨの撮像素子１００を有する撮像装置に適用されるレンズ系であることを意味している。
好ましくは、条件式（５）の数値範囲は、
０．７２＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８３ ……（５’）
であると良い。
より好ましくは、
０．７４＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８１ ……（５’’）
であると良い。

上記条件式（６），（７）は、第１レンズ群Ｇ１のレンズ材料に関する式で、これらを満足することで第１レンズ群Ｇ１で発生する色収差を十分に補正できる。上記条件式（７）の上限を超えると正レンズＬ１２に高価な低分散材料が使用されることになり、コストや屈折率の低さから曲率の強いレンズ形状が要求されるといった、不利な点があげられる。上記条件式（７）の下限を超えると軸上色収差、倍率色収差の補正が十分にできない。

上記条件式（８），（９）は、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズを構成するレンズ材料に関する式で、これらを満足することで第３レンズ群Ｇ３で発生する色収差を十分に補正できる。上記条件式（９）の上限を超えると正レンズＬ３１に高価な低分散材料が要求され、コストや屈折率の低さから曲率の強いレンズ形状が必須となり球面収差等の収差補正のバランスをとるのが困難になるといった、不利な点があげられる。上記条件式（９）の下限を超えると軸上色収差、倍率色収差の補正が十分にできない。

次に、本実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、複数の数値実施例を部分的にまとめて説明する。

［数値実施例１］
［表１］〜［表３］は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２］および［表３］にはその他のデータを示す。［表１］に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係るズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１９）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１（Ｃ）において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。

実施例１に係るズームレンズは、変倍に伴って各レンズ群の間隔が変化するため、各移動群の前後の面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１５，Ｄ１７の値は可変となっている。［表２］には、これらの面間隔Ｄ３，Ｄ９，Ｄ１５，Ｄ１７の変倍時のデータとして、広角端、中間および望遠端における値を示す。［表２］にはまた、諸データとして、広角端、中間および望遠端における全系の近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、画角（２ω）およびＦナンバー（Ｆｎｏ．）の値についても示す。

［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。実施例１に係るズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３中の最も像側のレンズ（第２の負レンズＬ３３）の両面Ｓ１４，Ｓ１５が非球面形状となっている。［表１］の基本レンズデータでは、非球面の曲率半径については、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。

［表３］には実施例１に係るズームレンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

実施例１に係るズームレンズの非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_n，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡ_n・ｈⁿ ……（Ａ）
（ｎ＝３以上の整数）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_n：第ｎ次の非球面係数

実施例１に係るズームレンズの非球面は、上記非球面式（Ａ）に基づき、非球面係数Ａ_nについてはＡ₃〜Ａ₁₀までの次数を有効に用いて表している。

［数値実施例２〜１２］
以上の数値実施例１と同様にして、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを数値実施例２として、［表４］〜［表６］に示す。同様にして、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを数値実施例３〜１２として、［表７］〜［表３６］に示す。

なお、数値実施例２ないし８のズームレンズは、数値実施例１に係るズームレンズと同様の面が非球面形状となっている。また、開口絞りＳｔは、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。

これに対して、数値実施例９ないし１２のズームレンズでは、数値実施例１に係るズームレンズよりも多くの面が非球面形状となっている。例えば数値実施例９では、第３レンズ群Ｇ３中の最も像側のレンズ（第２の負レンズＬ３３）の他にも、第２レンズ群Ｇ２中の最も像側のレンズ（正レンズＬ２３）の両面Ｓ８，Ｓ９と、第４レンズ群Ｇ４中の正レンズＬ４１の像側の面Ｓ１７とが非球面形状となっている。また、数値実施例９ないし１２のズームレンズでは、開口絞りＳｔが、他のレンズ群とは独立して移動する。このため、開口絞りＳｔの前後の面間隔Ｄ９，Ｄ１０の値が可変となっている。

［各実施例のその他の数値データ］
［表３７］には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。［表３７］から分かるように、各条件式について、各実施例の値がその数値範囲内となっている。

［収差性能］
図１３（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、数値実施例１に係るズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）および倍率色収差を示している。図１３（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図には、波長４６０ｎｍ、波長６１５ｎｍ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。Ｆｎｏ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、数値実施例２に係るズームレンズについての諸収差を図１６（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図１７（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図１８（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、数値実施例３ないし１２に係るズームレンズについての諸収差を図１９〜図４８の（Ａ）〜（Ｄ）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、各実施例について、各変倍域で諸収差が良好に補正され、広角、かつ高変倍比でありながら、全体的に小型化の図られたズームレンズが実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、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。

ＧＣ…光学部材、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、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１００…撮像素子。

Claims

物体側より順に、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レンズ群とから構成され、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大すると共に、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少するように各レンズ群を移動させることにより、広角端から望遠端へと変倍を行うようになされ、
前記第１レンズ群が１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなり、
前記第３レンズ群が物体側から順に、正レンズおよび第１の負レンズからなる接合レンズと、第２の負レンズとからなり、
広角端から望遠端へと変倍させる際には、
前記第１レンズ群が物体側に移動し、
前記第２レンズ群が像側に凸の軌跡で移動し、
前記第３レンズ群が物体側方向にのみ単調に移動し、
前記第４レンズ群が物体側に凸の軌跡で移動するようになされ、
かつ、以下の条件式を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
０．３＜Ｘ１／ｆｔ＜０．５ ……（１）
５．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（２）
ただし、
Ｘ１：広角端から望遠端へと変倍させた際の前記第１レンズ群の移動量
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
とする。
さらに以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
−１．４＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２ ……（３）
ただし、
ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
とする。
さらに以下の条件式を満足する
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。
０．６＜β２ｔ・β３ｗ／（β２ｗ・β３ｔ）＜１．２ ……（４）
ただし、
β２ｗ：広角端における前記第２レンズ群の横倍率
β２ｔ：望遠端における前記第２レンズ群の横倍率
β３ｗ：広角端における前記第３レンズ群の横倍率
β３ｔ：望遠端における前記第３レンズ群の横倍率
とする。
さらに以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８５ ……（５）
ただし、
ＩＨ：最大像高
とする。
前記第１レンズ群は、前記１枚の負レンズと前記１枚の正レンズとの貼り合わせによる接合レンズである
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
さらに以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
ν１ｎ＜２０．０ ……（６）
２４＜ν１ｐ−ν１ｎ＜３５ ……（７）
ただし、
ν１ｎ：前記第１レンズ群中の前記１枚の負レンズのｄ線でのアッベ数
ν１ｐ：前記第１レンズ群中の前記１枚の正レンズのｄ線でのアッベ数
とする。
前記第２レンズ群は物体側から順に、２枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなる
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
さらに以下の条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
ν３ｎ＜２０．０ ……（８）
３７＜ν３ｐ−ν３ｎ＜４５ ……（９）
ただし、
ν３ｐ：前記第３レンズ群中の前記接合レンズを構成する正レンズのｄ線でのアッベ数
ν３ｎ：前記第３レンズ群中の前記接合レンズを構成する第１の負レンズのｄ線でのアッベ数
とする。
前記第３レンズ群中の前記第２の負レンズは少なくとも１面が非球面形状である
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のズームレンズと、
前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
を備えたことを特徴とする撮像装置。