JP5465000B2 - 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影系に関するものである。

最近、固体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（カメラ）が小型化及び高機能化されている。そしてそれに用いる撮像光学系には広い画角を包含し、高倍率（高ズーム比）で大口径比の小型のズームレンズであることが求められている。またこの種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる撮像光学系には、比較的バックフォーカスの長いことが要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合、色シェーディングを避けるため、それに用いる撮像光学系には像側のテレセントリック特性の良いことが望まれている。

比較的バックフォーカスが長く、広画角のズームレンズとして物体側に負の屈折力のレンズ群が位置する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として、物体側から像側へ順に負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群から成りズーム倍率５程度の４群ズームレンズが知られている（特許文献１）。また同じズームタイプのネガティブリード型の４群ズームレンズで各レンズ群を移動させてズーミングを行ったズームレンズが知られている（特許文献２）。

特開２００６−２０８８８９号公報 特開平０７−２６１０８４号公報

一般にネガティブリード型のズームレンズは、広画角化には有利であるがレンズ構成の非対称性が顕著である。このため例えばズーミングに際して各レンズ群が移動する前述した４群ズームレンズではレンズ構成の非対称の変化が原因となって収差変動が多くなり、全ズーム領域で高い光学性能を得るのが大変難しくなっている。前述した４群ズームレンズでは、各レンズ群の屈折力（パワー）、レンズ構成、そしてズーミングの際のレンズ群の移動条件等を適切に設定することが全系の小型化を図りつつ広画角化で全ズーム領域において高い光学性能を得るのに重要になってくる。例えば第１レンズ群の大きさに影響を与える第３レンズ群の屈折力や、主変倍レンズ群である第２レンズ群のズーミングに伴う移動条件等を適切に設定することが重要になってくる。更に好ましくは第２レンズ群のレンズ構成や各レンズ群の屈折力等をバランス良く設定することが重要になってくる。

本発明は広画角で全ズーム領域で高い光学性能を有した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、物体側より像側へ順に、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レンズ群より構成され、
ズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
広角端における全系の焦点距離をｆＷ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端から望遠端へのズーミングに伴う前記第２レンズ群の移動量をｍ２とするとき、
４．５ ＜ ｜ｆ３／ｆＷ｜ ＜ ３０．０
６．４４≦ ｍ２／ｆＷ ＜ １０．０
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、全ズーム領域で高い光学性能を有したズームレンズが得られる。

数値実施例１の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 数値実施例２の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 数値実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 数値実施例３の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 数値実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 数値実施例４の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 数値実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 数値実施例５の広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 数値実施例５の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の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レンズ群と正の屈折力の第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レンズ群より構成されている。ズーミングに際して各レンズ群間隔が変化する。具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は物体側に移動する。第４レンズ群は物体側に凸状の軌跡を描いて移動する。無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは第４レンズ群を物体側へ移動して行っている。

図１は実施例１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（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比７．５倍、開口比２．３〜７．０程度のズームレンズである。図３は実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例２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。実施例２はズーム比７．５倍、開口比２．３〜７．０程度のズームレンズである。

図５は実施例３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３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。実施例３はズーム比７．５倍、開口比２．１〜７．０程度のズームレンズである。図７は実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例４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。実施例４はズーム比７．５倍、開口比２．３〜７．０程度のズームレンズである。

図９は実施例５の広角端におけるレンズ断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例５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。実施例５はズーム比７．５倍、開口比２．３〜７．０程度のズームレンズである。図１１は本発明のズームレンズを備える一眼レフカメラ（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、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影レンズ系（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、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。

ＳＰ１は開口絞り（開放Ｆナンバー絞り）である。ＳＰ２、ＳＰ３は開口径が固定（不変）の絞り（メカ絞り）である。Ｇはローパスフィルター、フェースプレート等のガラスブロックである。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影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。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線、ｇ線である。Ｍ、Ｓはｄ線での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。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。

各実施例のズームレンズは、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、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４の４つのレンズ群から構成されている。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が像側に凸状の軌跡で移動、第２レンズ群Ｌ２が物体側に移動し、第３レンズ群Ｌ３が物体側に移動し、第４レンズ群Ｌ４は物体側に凸状の軌跡で移動している。

各実施例のズームレンズは、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の像側へ凸状の軌跡の移動、及び第４レンズ群Ｌ４による物体側へ凸状の軌跡の移動によって変倍に伴う像面の移動を補正している。ズーム比４〜５程度の高ズーム比を実現するためには主変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う移動量を後述する条件式（２）を満足するように、ある程度、長く確保する必要がある。第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う移動量を長く確保しようとすると、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が物理的に干渉してくる場合がある。そのため、干渉しないよう第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２のパワー（レンズのパワー＝焦点距離の逆数）を最適化することが必要となってくる。

又、第３レンズ群Ｌ３は第１レンズ群Ｌ１、特に第１レンズ群Ｌ１の負レンズ１１の径方向の大きさを抑制する役割と、第４レンズ群Ｌ４のフォーカシングによる移動量を抑制する役割がある。第３レンズ群Ｌ３のパワーを後述する条件式（１）を満足するように適切に設定することにより、径方向の小型化とフォーカシングによる収差変動を良好に押さえ高性能化を実現している。ここで径方向とは光軸と垂直の方向を示す。又、ズームレンズの小型化に伴う各レンズ群の屈折力の増大を第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４にて分担している。第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２で構成されるショートズーム系の屈折力を減らす事で、特に第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズより生ずる収差を抑え良好な光学性能を達成している。

又、特に固体撮像素子を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリック性の良い結像を第４レンズ群Ｌ４にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。第４レンズ群Ｌ４のパワーは第３レンズ群Ｌ３のパワーの加減により変更する。そのため、テレセントリック性が良好でありつつ、コンパクトで良好な性能を得るためには第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４のパワー配置を最適化することが必要となる。また、各実施例では広角端のＦナンバーを決定する開放絞りＳＰ１を第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の正レンズ２１の物体側頂点よりも像側に配置している。こうすることで、高ズーム比化による望遠端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔をメカ構造上可能な限り近づけることが容易となり、全系の小型化を達成している。また、第２レンズ群Ｌ２の像側には開口径が固定のメカ絞りＳＰ２、第３レンズ群Ｌ３内に開口径が固定のメカ絞りＳＰ３を配置している。これらのメカ絞りＳＰ２、ＳＰ３で光学性能に影響する有害な光線をカットしている。

具体的には、大口径化することにより軸上光線が多く入射し、軸上光線が通過する径方向の高さまでは軸外光線も多く入射してきてしまうため、それがコマフレアとなり光学性能に影響を与える。そのため、各実施例ではこの軸外光線による結像に悪影響を及ぼす上線（光軸に対し上方の光線）をメカ絞りＳＰ２、ＳＰ３を配置してカットしている。

各実施例のズームレンズでは、広角端における全系の焦点距離をｆＷ、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端から望遠端へのズーミングに伴う第２レンズ群Ｌ２の移動量をｍ２とする。このとき、
４．５ ＜ ｜ｆ３／ｆＷ｜ ＜ ３０．０ ・・・（１）
５．０ ＜ ｍ２／ｆＷ ＜ １０．０ ・・・（２）
なる条件を満足している。ここで移動量ｍ２の符号は広角端に比べ望遠端において物体側へ移動したときを正、像側に移動したときを負としている。

次に条件式（１）、（２）の技術的意味について説明する。条件式（１）、（２）は各実施例のズームレンズにおいて、大口径比に対応し、高ズーム比でありながらコンパクトなレンズ構成にて良好なる光学性能を得るため、好ましい条件である。条件式（１）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の負のパワーが弱くなりすぎてしまい、第１レンズ群Ｌ１のレンズ１１の有効径が大きくなりコンパクト化が困難になる。条件式（１）の下限値を超えると、レンズ１１の有効径は小さくなりコンパクト化には有利となるが、第３レンズ群Ｌ３の負のパワーがきつくなりすぎ、コマ収差が悪化し良好な光学性能を得ることが困難になる。

条件式（２）の上限値を超えてズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなると、レンズ全長が長くなり、全系のコンパクト化が困難になる。条件式（２）の下限値を超えてズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２の移動量が小さくなると第２レンズ群Ｌ２の正のパワーを強くする必要がある。この結果、全系のコンパクト化には有利であるが、パワーが大きくなった分、球面収差、コマ収差等の補正が困難になる。

各実施例において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。

４．５０５＜｜ｆ３／ｆＷ｜＜２６．０００ ・・・（１ａ）
５．３＜ｍ２／ｆＷ＜７．３ ・・・（２ａ）
この他条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
６．４４≦ｍ２／ｆＷ＜１０．０ ・・・（２ｂ）
各実施例によれば、以上の如く各要素を特定することによって広画角で全ズーム領域において高い光学性能を有したズームレンズを得ている。各実施例のズームレンズにおいて、更にレンズ系全体の小型化、広画角化、高ズーム比化を図りつつ良好な光学性能を得るために、次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。

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、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４とする。広角端と望遠端における第２レンズ群Ｌ２の結像倍率を各々β２Ｗ、β２Ｔとする。広角端と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の結像倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとする。このとき、
０．９５ ＜ ｜ｆ１／ｆ２｜ ＜ １．２０ ・・・（３）
０．１ ＜ ｜ｆ２／ｆ３｜ ＜ ０．８ ・・・（４）
１．０ ＜ ｜ｆ３／ｆ４｜ ＜ ４．０ ・・・（５）
２．５ ＜ （β２Ｔ・β３Ｗ）／（β２Ｗ・β３Ｔ） ＜ ６．０ ・・・（６）
なる条件のうち１以上を満足するのが良い。

次に各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）の下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が弱くなると、所定のズーム比を確保するために第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、全系のコンパクト化が困難になる。また条件式（３）の上限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折率が弱くなると、ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が物理的に干渉しやすくなるので好ましくない。条件式（３）の上限値を越えて第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が強くなると、非点収差、コマ収差等を補正するために第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数が増大するため全系のコンパクト化が困難になる。また、屈折力配置からくる像面彎曲の補正が困難となるため好ましくない。また、条件式（３）の下限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなると第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が広がり、コンパクト化が困難になる。

条件式（４）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が弱くなると、第２レンズ群Ｌ２のズーミングの際の移動量が大きくなり全系のコンパクト化が困難になる。また、上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強くなるとコマ収差が大きく発生し、高性能化が困難となる。条件式（４）の下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の正の屈折率が強くなると、第２レンズ群Ｌ２にて発生する球面収差やコマ収差を補正するためにレンズ枚数を増加しなければならなくなり、全系が大型化するため好ましくない。

条件式（５）の上限値を超えて第４レンズ群Ｌ４の正の屈折力が強くなると、第４レンズ群Ｌ４のレンズ面の曲率が強くなりすぎ、ズーミングにおけるコマ収差の変動を補正することが困難となる。また、テレセントリック性が悪くなり好ましくない。また、条件式（５）の下限値を越えて第４群レンズ群Ｌ４の正の屈折力が弱くなると、ズーミングにおける収差変動やテレセントリック性は良くなるが、第４レンズ群Ｌ４の位置敏感度が小さくなりすぎてしまう。この結果、フォーカスの際の移動量が大きくなってくる。フォーカスの際の移動量が大きくなると、メカ構造の大型化やフォーカシングによる像面変動を抑えるのが困難となるので好ましくない。

条件式（６）の上限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の変倍分担が大きくなりすぎ、第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が大きくなる、或いは第２レンズ群Ｌ２のズーミングの際の移動量が大きくなる。第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が大きくなると第２レンズ群Ｌ２内のレンズ枚数を増やさなければ球面収差やコマ収差の補正が困難になる。また、第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなると、全系のコンパクト化が困難となる。条件式（６）の下限値をこえると、第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなりすぎ、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が大きくなる。第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が大きくなるとコマ収差の補正が困難となる。これを補正するには第３レンズ群Ｌ３のレンズ枚数を増加させねばならなくなり、全系のコンパクト化が困難となる。収差補正上、およびレンズ全体の小型化のために、更に好ましくは、条件式（３）〜条件式（６）の数値範囲を次の如くするのが良い。

０．９９ ＜ ｜ｆ１／ｆ２｜ ＜ １．１６ ・・・（３ａ）
０．１０５ ＜ ｜ｆ２／ｆ３｜ ＜ ０．６２０ ・・・（４ａ）
１．１２ ＜ ｜ｆ３／ｆ４｜ ＜ ３．４９ ・・・（５ａ）
２．７０ ＜ （β２Ｔ・β３Ｗ）／（β２Ｗ・β３Ｔ） ＜ ５．５０
・・・（６ａ）
以上のように各要素を特定することによって、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な広画角でありながら前玉径が小さく、コンパクトで高ズーム比、さらに大口径比である優れた光学性能を有するズームレンズが得られる。

次に各実施例における各レンズ群のレンズ構成の特徴について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に、像側に凹面を向けた負レンズ１１と、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズ１２の２枚のレンズで構成されている。第１レンズ群Ｌ１は、軸外主光線を絞りＳＰ１中心に入射させる役割を持っている。特に広角側においては軸外主光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。

そこで各実施例では、通常の広画角レンズと同様、最も物体側のレンズ径の増大が抑えられるように負レンズと正レンズより構成している。そして負レンズ１１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にかけて正の屈折力が強くなる非球面形状とし、像側のレンズ面を、レンズ中心からレンズ周辺にかけて負の屈折力が弱くなる非球面形状としている。これにより、非点収差を良好に補正し、歪曲収差を電子補正で対応可能な量に抑えると共に、２枚と言う少ないレンズ枚数で第１レンズ群Ｌ１を構成し、レンズ全体のコンパクト化を図っている。また、第１レンズ群Ｌ１を構成する負レンズ１１の物体側のレンズ面を除く各レンズ面は、軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために、絞りＳＰ１と光軸が交差する点を中心とする同心球面に近いレンズ形状をとっている。

負レンズ１１の物体側のレンズ面は歪曲収差を電子補正で対応可能な量まで許すが、像面彎曲の補正を行っているため、形状的には絞りＳＰ１と光軸が交差する点を中心として同心球面とはならない。第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズ２１、物体側に凸面を向けた正レンズ２２、像側に凹面を向けた負レンズ２３、両レンズ面が凸形状の正レンズ２４にて構成し、最像側に正レンズ２４を配置している。広角端にて大口径化を実現すると、絞りＳＰ１付近の軸上光束が径方向に最も広がり、特に球面収差やコマ収差などの収差が多く発生する。これらの諸収差はレンズ面で光線が屈折する際に発生し、屈折が大きいほど大きく発生する。そのため、絞りＳＰ１通過後の軸上光線が最も径方向に大きくなる位置に正レンズ２１を配置し、物体側に凸面を向けたレンズ形状と屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）を適切に設定することにより光線を緩やかに屈折させ、諸収差の発生を低減している。さらに、正レンズ２１の両面を非球面形状とすることで特に球面収差の補正を効果的に行っている。

各実施例においては、第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側に配された正レンズ２１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にかけて正の屈折力が弱くなる非球面形状とすることにより、球面収差、コマ収差を良好に補正している。また、正レンズ２１の像面側に物体側に凸面を向けた正レンズ２２を配置することにより、正の屈折力を分担させている。正レンズ２１、正レンズ２２における屈折により発生した球面収差やコマ収差は、負レンズ２３の像側の面を像側に凹面を向けたレンズ形状にして光線を逆側に屈折させることにより補正している。さらに、負レンズ２３にて発散した光束を、両面が凸面の正レンズ２４を配置することにより収束させるとともに、第２レンズ群Ｌ２全体として球面収差やコマ収差を良好に補正している。
第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力は第１レンズ群Ｌ１の径方向の大きさを小型化する役割を持っている。第１レンズ群Ｌ１の径方向の大きさは広角端において最軸外光線の通過位置で決まっている。

一般的に知られている広画角のズームレンズでは、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群というレンズ構成をとっている。この構成において、最軸外光線を像面から物体側に辿ると、光線は正の屈折力のレンズ群、正の屈折力のレンズ群、絞りという並びを通過することになる。像面側から正の屈折力のレンズ群が２つ続くことにより最軸外光線は大きく屈折し、第１レンズ群Ｌ１を通過時には光軸から径方向に大きく離れ、レンズ１１のレンズ径が大きくなってしまう。

一方、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、絞りＳＰ１、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４のレンズ構成をとっている。この構成において、最軸外光線を像面から物体側に辿ると、光線は正の屈折力のレンズ群、負の屈折力のレンズ群、正の屈折力のレンズ群、絞りＳＰ１という並びを通過することになる。

最軸外光線が像面から順に正の屈折力のレンズ群の次に負の屈折力のレンズ群を通過することにより、最軸外光線は光軸から径方向に遠ざかった位置を通過する。こうすることで、レンズ１１を通過する最軸外光線は、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３が無いときよりも光軸に近い位置を通ることになり、レンズ１１の有効径を小型化することができる。

各実施例によれば以上の様に各要素を設定する事により、特に、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、特に沈胴ズームレンズに適した、変倍比が７．０〜８．０倍程度の優れた光学性能を有するズームレンズが達成出来る。又、各実施例によれば第１レンズ群と、第２レンズ群に効果的に非球面を導入している。そして第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の屈折力を適切に設定することによって軸外諸収差、特に非点収差・歪曲収差および高ズーム比で大口径比化した際の球面収差、コマ収差の補正が効果的に行えるズームレンズが得られる。又、第３レンズ群Ｌ３は物体側に凹面を向けた１枚の負レンズより構成しており、第４レンズ群Ｌ４の位置敏感度を大きくする役割を持っている。第４レンズ群Ｌ４の位置敏感度が大きくなることにより、無限遠物体から至近距離物体までのフォーカス移動量を少なくする効果があり、フォーカシングによる収差変動を抑えることが容易になる。

第３レンズ群Ｌ３の負のパワーを強めると第１レンズ群Ｌ１の有効径が増大し、また第４レンズ群Ｌ４の位置敏感度が大きくなり、全系の小型化には有利になる。しかしながら、同時に第４レンズ群Ｌ４の正のパワーが強まり、第４レンズ群Ｌ４にて光線を大きく屈折するため、光学性能やテレセントリック性が悪化する。第３レンズ群Ｌ３の負のパワーはある程度の範囲に最適化する必要がある。又、沈胴状態での小型化を実現するために、第３レンズ群Ｌ３は１枚の負レンズで構成している。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側の面が凸形状の正レンズより構成し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、物体側に凸状の軌跡を描いて移動する。無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを第４レンズ群Ｌ４を物体側へ移動させて行っている。ズーム倍率が大きくなると、それに伴うズーミングによる球面収差や軸外コマ収差等の変動が大きくなる。各実施例では、第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡で移動させることにより、特に広角端から望遠端側の中間のズーム位置において良好に補正している。

次に本発明のズームレンズを撮像光学系として用いたデジタルカメラ（撮像装置）の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１において、１２０はデジタルカメラ本体、１２１は上述の各実施例のズームレンズによって構成された撮像光学系、１２２は撮像光学系１２１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子（光電変換素子）である。１２３は撮像素子１２２が受光した被写体像を記録する記録手段、１２４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２２上に形成された被写体像が表示される。このように本発明のズームレンズをデジタ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有する撮像装置を実現している。

次に、本発明の実施例１〜５に対応する数値実施例１〜５を示す。数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０は非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａ４ｈ⁴＋Ａ６ｈ⁶＋Ａ８ｈ⁸＋Ａ１０ｈ¹⁰
で表される。但しＲは曲率半径である。

各数値実施例において間隔ｄ５の値が負になっているのは物体側から像側へ順に、開口絞りＳＰ１、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズ面の順に数えたためである。数値実施例５でｄ１５の値が負になっているのは物体側から像側へ順に第３レンズ群のレンズ、絞りＳＰ２と数えたためである。各数値実施例において画角は「半画角（度）」を意味している。各数値実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）は最終面（ガラスブロック面）から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側のレンズ面から最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。また各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。各数値実施例ではガラスブロックＧを１つの群として数えている。このため、各数値実施例では全体として実際のレンズ群よりも１群多くなっている。

数値実施例１
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -196.035 1.30 1.84862 40.0
2* 7.333 2.61
3 12.234 2.00 1.94595 18.0
4 22.200 (可変)
5(絞り)(SP1)∞ -0.60
6* 9.518 2.60 1.76414 49.0
7* 214.141 0.39
8 8.427 2.35 1.80400 46.6
9 -22.459 0.60 2.00330 28.3
10 5.869 2.09
11 23.556 1.70 1.74400 44.8
12 -27.683 0.00
13(SP2) ∞ (可変)
14 -20.085 0.65 1.70154 41.2
15 -44.834 0.00
16(SP3) ∞ (可変)
17 22.890 1.65 1.60311 60.6
18 -52.715 (可変)
19 ∞ 1.30 1.51633 64.1
20 ∞ 0.64
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 2.54808e+002 A 4= 3.16526e-005 A 6=-2.85365e-007 A 8= 1.39460e-009 A10= 6.76120e-012
第2面
K =-1.44612e+000 A 4= 3.27979e-004 A 6=-4.91455e-007 A 8= 4.70003e-009 A10= 5.68713e-011
第6面
K = 2.68863e-001 A 4=-7.05822e-005 A 6= 7.96025e-009 A 8= 6.29756e-008 A10= 1.77980e-009
第7面
K =-6.28353e+001 A 4= 4.94545e-005 A 6= 1.22402e-006 A 8= 1.49709e-007 A10= 1.19362e-009

各種データ
ズーム比 7.52
広角 中間 望遠
焦点距離 4.63 18.39 34.80
Fナンバー 2.27 4.12 7.00
画角 35.48 11.90 6.35
像高 3.30 3.88 3.88
レンズ全長 57.32 47.55 61.86
BF 0.64 0.64 0.64

d 4 30.44 4.04 1.72
d13 1.47 8.19 15.29
d16 2.16 6.59 20.60
d18 3.98 9.46 4.98

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.24
2 5 12.93
3 14 -52.43
4 17 26.68
5 19 ∞

数値実施例２
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -118.886 1.00 1.80604 40.8
2* 7.076 2.80
3 12.685 1.80 1.92286 18.9
4 24.113 (可変)
5(絞り)(SP1)∞ -0.60
6* 9.879 2.50 1.84862 40.0
7* 198.174 0.38
8 8.427 2.40 1.71999 50.2
9 -12.929 0.90 2.00330 28.3
10 6.021 1.30
11 19.416 1.40 1.77250 49.6
12 -17.011 0.00
13(SP2) ∞ (可変)
14 -21.922 0.65 1.88300 40.8
15 124.435 0.20
16(SP1) ∞ (可変)
17 15.316 2.00 1.77250 49.6
18 -135.554 (可変)
19 ∞ 1.30 1.51633 64.1
20 ∞ 0.64
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 5.43070e+001 A 4= 2.85728e-005 A 6=-7.75299e-007 A 8= 1.27376e-008 A10=-5.75230e-011
第2面
K =-1.40240e+000 A 4= 3.28733e-004 A 6=-2.18746e-006 A 8= 3.99269e-008 A10=-5.53763e-011
第6面
K = 6.47004e-002 A 4=-6.81213e-005 A 6=-6.59240e-008 A 8=-4.99637e-008 A10=-1.12981e-009
第7面
K =-1.61648e+003 A 4=-2.27104e-005 A 6=-1.12663e-006 A 8=-4.72041e-009 A10=-3.26813e-009

各種データ
ズーム比 7.52
広角 中間 望遠
焦点距離 4.63 17.81 34.80
Fナンバー 2.28 4.07 7.00
画角 35.48 12.27 6.35
像高 3.30 3.88 3.88
レンズ全長 55.77 44.79 56.96
BF 0.64 0.64 0.64

d 4 29.74 3.84 1.10
d13 2.29 6.66 10.68
d16 3.05 9.33 22.60
d18 2.01 6.27 3.91

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.22
2 5 11.50
3 14 -21.06
4 17 17.92
5 19 ∞

数値実施例３
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -49.193 1.00 1.84862 40.0
2* 6.764 2.69
3 13.411 1.80 1.92286 18.9
4 32.050 (可変)
5(絞り)(SP1)∞ -0.60
6* 9.501 2.20 1.84862 40.0
7* 35732.396 0.38
8 8.427 2.40 1.74320 49.3
9 -11.098 0.90 2.00330 28.3
10 5.837 1.30
11 25.654 1.40 1.77250 49.6
12 -16.140 0.00
13(SP2) ∞ (可変)
14(SP3) ∞ 0.10
15 -106.989 0.65 1.88300 40.8
16 35.455 (可変)
17 15.245 1.80 1.77250 49.6
18 -133.537 (可変)
19 ∞ 1.30 1.51633 64.1
20 ∞ 0.64
像面 ∞

非球面データ
第1面
K =-1.02460e+002 A 4=-5.95762e-008 A 6=-1.59125e-006 A 8= 2.18339e-008 A10=-6.54406e-011
第2面
K =-1.37079e+000 A 4= 3.17924e-004 A 6=-9.03382e-007 A 8=-1.05501e-007 A10= 1.83889e-009
第6面
K =-3.29727e-002 A 4=-8.51747e-005 A 6=-5.47206e-007 A 8=-1.00077e-008 A10=-1.23893e-009
第7面
K =-5.28181e+006 A 4=-4.86617e-005 A 6=-2.25856e-006 A 8= 5.22847e-008 A10=-2.81583e-009

各種データ
ズーム比 7.57
広角 中間 望遠
焦点距離 4.60 17.75 34.80
Fナンバー 2.06 3.83 7.00
画角 35.67 12.32 6.35
像高 3.30 3.88 3.88
レンズ全長 49.36 43.91 58.12
BF 0.64 0.64 0.64

d 4 23.62 2.53 1.11
d13 1.32 10.70 13.95
d16 4.45 6.79 22.58
d18 2.01 5.93 2.53

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.20
2 5 11.20
3 14 -30.09
4 17 17.81
5 19 ∞

数値実施例４
単位 mm
面データ
面データ
面番号 r d nd νd
1* -162.863 1.30 1.80440 39.6
2* 7.102 3.49
3 13.662 2.10 1.92286 18.9
4 27.056 (可変)
5(絞り)(SP1)∞ -0.60
6* 10.394 2.50 1.77250 49.6
7* -372.713 0.38
8 8.427 2.75 1.69680 55.5
9 -34.261 0.85 2.00330 28.3
10 6.100 1.30
11 32.425 1.40 1.65844 50.9
12 -14.259 0.00
13(SP2) ∞ (可変)
14 -17.191 0.60 1.77250 49.6
15 269.381 0.20
16(SP3) ∞ (可変)
17 14.955 2.00 1.69680 55.5
18 -41.512 (可変)
19 ∞ 1.30 1.51633 64.1
20 ∞ 0.64
像面 ∞

非球面データ
第1面
K =-1.47877e+003 A 4= 1.36810e-004 A 6=-1.41587e-006 A 8= 7.02723e-009 A10=-2.77548e-011
第2面
K =-1.10984e+000 A 4= 3.86968e-004 A 6=-1.24593e-006 A 8= 3.82518e-008 A10=-8.93700e-010
第6面
K =-8.39199e-002 A 4=-6.60935e-005 A 6= 2.34190e-006 A 8= 4.23575e-010 A10= 1.40642e-009
第7面
K =-1.15935e+004 A 4=-2.29947e-005 A 6= 3.17467e-006 A 8= 8.28630e-008 A10=-1.02169e-009

各種データ
ズーム比 7.51
広角 中間 望遠
焦点距離 4.63 15.94 34.80
Fナンバー 2.32 3.92 7.00
画角 35.47 13.66 6.35
像高 3.30 3.88 3.88
レンズ全長 61.62 46.43 53.95
BF 0.64 0.64 0.64

d 4 33.58 5.90 0.91
d13 2.80 7.75 16.47
d16 3.00 7.89 14.35
d18 2.02 4.69 2.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.88
2 5 12.48
3 14 -20.90
4 17 16.01
5 19 ∞

数値実施例５
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -153.671 1.30 1.84862 40.0
2* 7.346 2.71
3 12.755 2.00 1.94595 18.0
4 24.318 (可変)
5(絞り)(SP1)∞ -0.60
6* 9.266 2.50 1.76414 49.0
7* 173.548 0.38
8 8.427 2.00 1.80400 46.6
9 -27.461 0.60 2.00330 28.3
10 5.951 1.30
11 31.778 1.50 1.74400 44.8
12 -24.032 0.00
13(SP2) ∞ (可変)
14 -12.016 0.65 1.70154 41.2
15 -14.329 -0.25
16(SP3) ∞ (可変)
17 30.345 1.65 1.60311 60.6
18 -64.644 (可変)
19 ∞ 1.30 1.51633 64.1
20 ∞ 0.64
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 2.02548e+002 A 4= 3.42716e-005 A 6=-3.35143e-007 A 8= 4.20559e-009 A10=-9.55270e-012
第2面
K =-1.47758e+000 A 4= 3.24817e-004 A 6=-6.25951e-007 A 8= 7.04855e-009 A10= 1.02120e-010
第6面
K = 2.24452e-001 A 4=-7.39348e-005 A 6=-5.04601e-007 A 8= 2.72153e-008 A10= 3.30535e-009
第7面
K =-1.06849e+002 A 4= 5.38265e-005 A 6= 3.80638e-007 A 8= 1.10839e-007 A10= 3.07414e-009

各種データ
ズーム比 7.52
広角 中間 望遠
焦点距離 4.63 18.80 34.80
Fナンバー 2.24 4.34 7.00
画角 35.48 11.65 6.35
像高 3.30 3.88 3.88
レンズ全長 56.93 47.64 60.77
BF 0.64 0.64 0.64

d 4 30.33 4.83 1.74
d13 1.28 7.75 11.10
d16 4.09 12.29 27.74
d18 3.55 5.10 2.50

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.26
2 5 12.81
3 14 -120.00
4 17 34.47
5 19 ∞

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 ＳＰ１ 絞り ＳＰ２ メカ絞り ＳＰ３ メカ絞り Ｇ ガラスブロック ＩＰ 像面 ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 Ｓ サジタル像面 Ｍ メリディオナル像面

Claims (17)

1. 物体側より像側へ順に、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レンズ群より構成され、
   ズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   広角端における全系の焦点距離をｆＷ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端から望遠端へのズーミングに伴う前記第２レンズ群の移動量をｍ２とするとき、
   ４．５ ＜ ｜ｆ３／ｆＷ｜ ＜ ３０．０
   ６．４４≦ ｍ２／ｆＷ ＜ １０．０
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 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で移動し、前記第２レンズ群と第３レンズ群は物体側に移動することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群は物体側より像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズを有することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 前記第２レンズ群は物体側より像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、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、両レンズ面が凸面の正レンズを有することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群の中で最も物体側に配置された正レンズは両レンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第３レンズ群は１枚の負レンズからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 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
   ０．９５ ＜ ｜ｆ１／ｆ２｜ ＜ １．２０
   なる条件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項のズームレンズ。
8. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．１ ＜ ｜ｆ２／ｆ３｜ ＜ ０．８
   なる条件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項のズームレンズ。
9. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
   １．０ ＜ ｜ｆ３／ｆ４｜ ＜ ４．０
   なる条件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項のズームレンズ。
10. 広角端と望遠端における前記第２レンズ群の結像倍率を各々β２Ｗ、β２Ｔ、広角端と望遠端における前記第３レンズ群の結像倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとするとき、
    ２．５ ＜（β２Ｔ・β３Ｗ）／（β２Ｗ・β３Ｔ） ＜ ６．０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項のズームレンズ。
11. 広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第４レンズ群は物体側に凸状の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項のズームレンズ。
12. 前記第１レンズ群は物体側より像側へ順に、負レンズ、正レンズからなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項のズームレンズ。
13. 前記第２レンズ群の中で最も像側に配置されたレンズの像側のレンズ面よりも像側に、開口径が固定の絞りを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項のズームレンズ。
14. 前記第３レンズ群は開口径が固定の絞りを有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項のズームレンズ。
15. 前記第４レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項のズームレンズ。
16. 物体側より像側へ順に、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レンズ群より構成され、
    ズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
    前記第２レンズ群は物体側より像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、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、両レンズ面が凸面の正レンズを有し、
    広角端における全系の焦点距離をｆＷ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端から望遠端へのズーミングに伴う前記第２レンズ群の移動量をｍ２とするとき、
    ４．５ ＜ ｜ｆ３／ｆＷ｜ ＜ ３０．０
    ５．０＜ ｍ２／ｆＷ ＜ １０．０
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する光電変換素子を有していることを特徴とする撮像装置。