JP5275769B2

JP5275769B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5275769B2
Application number: JP2008308701A
Authority: JP
Inventors: 哲也小里
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: US8000024B2; CN101750720A; JP2010134108A; US20100134900A1; CN101750720B

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、レンズ系が全体的に小型化（レンズ全長の短縮化およびレンズ外径の小型化）されていることが好ましい。

特許文献１ないし４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が開示されている。これらの文献に記載のズームレンズにおいて、絞りは変倍時に独立もしくは一部のレンズ群と共に移動する方式とされている。
特開２００６−２３５０６２号公報特開２００５−２１５３８５号公報特許３７０６７８３号公報特許第３３９２８８１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、変倍時に、絞りが隣接するレンズ群とは独立に移動する方式であるが、像面に対する変倍時の絞り移動距離が比較的大きいため、絞り移動機構が長くなり、小型化が困難である。また、第１レンズ群の焦点距離が比較的長いため、レンズ全長も長くなり小型化が困難である。

また、特許文献３に記載のズームレンズは、変倍時に、絞りが第３レンズ群と一緒に移動する方式であるが、第３レンズ群の焦点距離が第４レンズ群と同等のため、変倍時に第３レンズ群の移動量が大きくなり小型化が困難である。また、第１レンズ群の焦点距離が比較的長いため、レンズ全長も長くなり小型化が困難である。

また、特許文献２および４に記載のズームレンズは、変倍時に、絞りが望遠端において広角端よりも像側に移動する方式であるため、望遠時に第１レンズ群と絞りとの距離が大きくなり、第１レンズ群のレンズ外径が拡大して、小型化が困難である。

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、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、絞りと、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レンズ群とが配設されると共に、少なくとも第１レンズ群、第２レンズ群、絞り、および第３レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行うようになされ、変倍時に、絞りが、広角端において望遠端よりも像面に近づき、かつ、望遠端において広角端よりも第２レンズ群に近づくように移動するように構成され、かつ、以下の条件式を満足するように構成されているものである。式中、ｆｗは広角端における全系の焦点距離、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、Ｘ１は広角端から望遠端への変倍の際の第１レンズ群の移動量、ＩＨは最大像高とする。
４．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（１）
０．２＜Ｘ１／ｆｔ＜０．３ ……（２）
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（８）

本発明によるズームレンズでは、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、絞りと、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レンズ群とを配設すると共に、少なくとも第１レンズ群、第２レンズ群、絞り、および第３レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行うようにしたことで、高変倍比でありながら、全体的に小型化を図りやすくなる。特に、適切な条件式を満足しつつ、変倍時に、絞りが、広角端において望遠端よりも像面に近づき、かつ、望遠端において広角端よりも第２レンズ群に近づくように移動するようになされていることで、レンズ全長が抑えられると共に、第１レンズ群を通過する光線の高さを低くして第１レンズ群のレンズ径が抑えられ、全体的に小型化が図りやすくなる。
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、より小型化等に有利となる。

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、ｆ３は第３レンズ群の合成焦点距離、ｆ４は第４レンズ群の合成焦点距離、Ｄｗは広角端における絞りと第３レンズ群の最も物体側のレンズ面との光軸上間隔とする。Ｐｗは広角端における絞りと像面との光軸上距離、Ｐｔは望遠端における絞りと像面との光軸上距離とする。
０．２＜ｆ３／ｆ４＜０．５ ……（３）
０．０＜Ｄｗ／ｆｔ＜０．１ ……（４）
０．４＜（Ｐｔ−Ｐｗ）／ｆｗ＜０．９ ……（７）

また、本発明によるズームレンズにおいて、第１レンズ群が物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび物体側に凸の正レンズからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとで構成されていることが好ましい。この場合において、以下の条件式を満足することが好ましい。式中、Ｎ１２は第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線での屈折率、ν１２は第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。
１．５７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
６２．０＜ν１２＜７０ ……（６）

また、第２レンズ群は、物体側より順に、像側の面が物体側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凹面とされた負レンズと、両凹レンズと、物体側に凸面を有する正レンズとからなり、それらの各レンズは互いに接合されていない構成であることが好ましい。この場合において、以下の条件式を満足することが好ましい。式中、ν２３は第２レンズ群中の正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。
２０＜ν２３＜２５ ……（９）

また、第３レンズ群は、物体側より順に、物体側の面が像側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凸面とされた正レンズおよび像側に凹面を有する負レンズからなる接合レンズと、少なくとも１面が非球面形状の単レンズとで構成されていることが好ましい。

また、第４レンズ群は、１枚の正レンズのみで構成されていても良い。また、その正レンズは、少なくとも１面が非球面形状であっても良い。また、第４レンズ群が合焦時に移動するものであっても良い。

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、本発明の小型化の図られた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、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、絞りと、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レンズ群とを配設した構成において、変倍時におけるレンズ群と絞りの移動を、適切な条件式と組み合わせつつ最適化するようにしたので、高変倍比でありながら、全体的に小型化を図ることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の小型化の図られた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、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。

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（図６（Ａ）、（Ｂ）および図７）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５の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第５の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図５（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Ｄ５，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１７，Ｄ１９のみ符号を付す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した第１の構成例を基本にして説明する。

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との間に配置されている。

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。

図３２（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３２（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３２（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。

図３３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カメラ用レンズ２とを備えている。カメラ本体１内には、カメラ用レンズ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１００、その撮像素子１００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カメラ用レンズ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。

なお、本実施の形態におけるズームレンズは、例えば１０００万画素以上、特に１２００万画素から１６００万画素程度の高画素の撮像装置に好適である。

このズームレンズは、少なくとも第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、および第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることにより変倍を行うようになされている。さらに、変倍時に第４レンズ群Ｇ４を移動させるようにしても良い。また第４レンズ群Ｇ４を合焦時に移動させるようにしても良い。多くのレンズ群を移動群にすることで、少数のレンズ群のみを移動群にする場合に比べて、各レンズ群が受け持つ変倍作用または像面補正作用の負担を軽減することができる。

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、各レンズ群および開口絞りＳｔ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。特に、開口絞りＳｔが、広角端において望遠端よりも像面に近づき、かつ、望遠端において広角端よりも第２レンズ群Ｇ２に近づくように移動する。また、開口絞りＳｔと第３レンズ群Ｇ３との光軸上間隔が広角端において望遠端よりも大きくなるように各レンズ群および開口絞りＳｔが移動する。また、第４レンズ群Ｇ４は、変倍時に、広角端よりも望遠端において像面に近づくように移動させると良い。

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、例えば３つのレンズで構成することができる。より具体的には、第１レンズ群Ｇ１は物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１および物体側に凸の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とで構成されていることが好ましい。

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３つのレンズで構成することができる。より具体的には、第２レンズ群Ｇ２は物体側より順に、像側の面が強い凹面（物体側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凹面）とされた負レンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２と、物体側に凸面を有する正レンズＬ２３とで構成されていることが好ましい。また、それらの各レンズが互いに接合されていない構成とされていることが好ましい。

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３つのレンズで構成することができる。より具体的には、第３レンズ群Ｇ３は物体側より順に、物体側の面が強い凸面（像側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凸面）とされた正レンズＬ３１および像側に凹面を有する負レンズＬ３２からなる接合レンズと、少なくとも１面が非球面形状の単レンズＬ３３とで構成されていることが好ましい。

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。また、その正レンズＬ４１は、少なくとも１面が非球面形状であることが好ましい。

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。ただし、ｆｗは広角端における全系の焦点距離、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、Ｘ１は広角端から望遠端への変倍の際の第１レンズ群Ｇ１の移動量を示す。ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の合成焦点距離、Ｄｗは広角端における開口絞りＳｔと第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズ面との光軸上間隔を示す。
４．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（１）
０．２＜Ｘ１／ｆｔ＜０．３ ……（２）
０．２＜ｆ３／ｆ４＜０．５ ……（３）
０．０＜Ｄｗ／ｆｔ＜０．１ ……（４）

また、第１レンズ群Ｇ１内の接合レンズを構成する正レンズＬ１２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、Ｎ１２は正レンズＬ１２のｄ線での屈折率、ν１２は正レンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数を示す。
１．５７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
６２．０＜ν１２＜７０ ……（６）

また、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。ただし、Ｐｗは広角端における開口絞りＳｔと像面との光軸上距離、Ｐｔは望遠端における開口絞りＳｔと像面との光軸上距離を示す。ＩＨは最大像高を示す。
０．４＜（Ｐｔ−Ｐｗ）／ｆｗ＜０．９ ……（７）
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（８）

また、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズＬ２３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、ν２３は正レンズＬ２３のｄ線におけるアッベ数を示す。
２０＜ν２３＜２５ ……（９）

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。
このズームレンズでは、物体側より順に、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、絞りＳｔと、正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とを配設すると共に、少なくとも第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、絞りＳｔ、および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ１に沿って移動させることにより変倍を行うようにしたことで、高変倍比でありながら、全体的に小型化を図りやすくなる。特に、適切な条件式を満足しつつ、変倍時に、絞りＳｔが広角端において望遠端よりも像面に近づき、かつ、望遠端において広角端よりも第２レンズ群Ｇ２に近づくように移動するようになされていることで、レンズ全長が抑えられると共に、第１レンズ群Ｇ１を通過する光線の高さを低くして第１レンズ群Ｇ１のレンズ径が抑えられ、全体的に小型化が図りやすくなる。

また、第１レンズ群Ｇ１に、負レンズＬ１１および正レンズＬ１２からなる接合レンズを用いることで、軸上色収差を補正することができ、特に望遠端での軸上色収差の低減が可能となる。さらに、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１３を配置することで、像面湾曲と歪曲を補正することができる。

また、第２レンズ群Ｇ２を物体側より順に、像側の面が強い凹面とされた負レンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２と、物体側に凸面を有する正レンズＬ２３とで構成し、それらの各レンズを互いに接合されていない構成とすることで、変倍域全域での諸収差の変動を抑えることができる。より詳しくは、第２レンズ群Ｇ２によって次のような作用・効果が得られる。このズームレンズにおいて、レンズ全長の短縮化を進めると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなり、変倍時に収差の変動が大きくなりやすい。従って、第２レンズＧ２を互いに接合しない３枚のレンズで構成することで、接合する場合に比べ、設計自由度が高くなり収差の変動の少ない設計が可能となる。また、物体側より順に、負レンズＬ２１と両凹レンズＬ２２とを配置することで、像面湾曲と歪曲を補正ができ、さらに正レンズＬ２３を配置することで、広角端での倍率色収差と望遠端での軸上色収差とを良好に補正することができる。

また、第３レンズ群Ｇ３を物体側より順に、物体側の面が強い凸面とされた正レンズＬ３１および像側に凹面を有する負レンズＬ３２からなる接合レンズと、少なくとも１面が非球面形状の単レンズＬ３３とで構成することで、望遠端に比べ開口絞りＳｔとの距離が離れる広角端における諸収差を補正できる。より詳しくは、第３レンズ群Ｇ３によって次のような作用・効果が得られる。このズームレンズでは、開口絞りＳｔを望遠端に比べて広角端において第３レンズＧ３と離す構成としたため、望遠端に比べて広角端における光線の高さが高くなり、広角端における像面湾曲と歪曲が増大しやすくなる。従って、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２の像側に非球面形状の単レンズＬ３３を配置することで、広角端での像面湾曲と歪曲とを補正でき、同時に球面収差を補正することができる。また、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２を接合することで、軸上色収差を補正することができる。

また、第４レンズ群Ｇ４を変倍時に、広角端よりも望遠端において像面に近づくように移動させる構成とすることで、高変倍比でありながら、レンズ全長を短くすることができる。また、合焦時に第４レンズ群Ｇ４を移動させる構成とすることで、合焦の高速化を達成することができる。より詳しくは、第４レンズ群Ｇ４によって次のような作用・効果が得られる。第４レンズ群Ｇ４は、変倍時に広角端よりも望遠端において像面に近づくよう移動すると、広角端に比べて望遠端における第３レンズＧ３と第４レンズ群Ｇ４との群間隔をより広げることができるため、高変倍化を達成し易い。また広角端に比べて、望遠端における近距離撮影時の像面移動量が大きく、合焦時に移動するレンズも広角端に比べて、望遠端における移動量が大きくなる。第４レンズ群Ｇ４を合焦で使用する場合、広角端よりも望遠端において像面に近づくように移動することで、近距離撮影時の望遠端での第４レンズ群Ｇ４の位置を広角端での位置に近づけることができる。第４レンズ群Ｇ４をモータで駆動させる場合、広角端から望遠端での変倍全域において、第４レンズ群Ｇ４の変倍時と合焦時を含めた移動量を抑えることができ、第４レンズ群Ｇ４の枠を支持するガイドの長さを減らし、沈胴時のレンズ長の短縮化が可能となる。

また、第４レンズ群Ｇ４を１枚の正レンズＬ４１のみで構成することで、低廉化と小型化とを達成することができる。また、合焦時に移動するレンズの重量を軽量化することができ、合焦の高速化を達成することができる。さらに、その正レンズＬ４１の少なくとも１面を非球面形状とすることで、像面湾曲を補正することができ、よりレンズ全長の小型化を達成することができる。

上記条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１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ると共に、変倍域全域での収差を良好に補正することができる。条件式（１）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ため、変倍域全域にて良好に収差を補正することが困難となる。また、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の外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。

上記条件式（２）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、光学系を小型化することができる。条件式（２）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１の移動量が少なくなるため、第１レンズ群Ｇ１の移動機構の長さは短くなるが、望遠端におけるレンズ全長が長くなり、光学系の小型化を達成することができない。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、望遠端におけるレンズ全長の短縮には有利であるが、第１レンズ群Ｇ１の移動機構が長くなるため沈胴時の光学系の小型化を達成することができない。

上記条件式（３）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４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ると共に、撮像素子への光線の入射角を小さくすることができる。条件式（３）の下限を下回ると第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなるため、レンズ全長は短くなるが、第４レンズ群Ｇ４の屈折力が小さくなるため、撮像素子への光線の入射角が大きくなり、シェーディングに影響を与えやすい。また、上限を上回ると第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強くなるため、撮像素子への入射角は小さくなり、シェーディングに影響を与えづらいが、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなり、小型化が困難となる。

上記条件式（４）は、広角端における開口絞りＳｔと第３レンズ群Ｇ３との軸上間隔に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化することができる。条件式（４）の下限を下回ると広角端における開口絞りＳｔと第３レンズ群Ｇ３との距離が縮まる反面、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２との距離が増大するため第１レンズ群Ｇ１における光束の有効範囲が大きくなり、レンズ外径の小型化が困難となる。上限を上回ると広角端における開口絞りＳｔと第３レンズ群Ｇ３との距離が増大するため、第３レンズ群Ｇ３における光束の有効範囲が大きくなる。このため、沈胴時に第３レンズ群Ｇ３を退避する構成にした場合に、沈胴時の鏡筒外径が大きくなる。

上記条件式（５），（６）は、第１レンズ群Ｇ１における正レンズＬ１２のレンズ材料に関する式で、この条件式を満足することで変倍全域での光学性能を良好に補正することができる。条件式（５）の下限を下回るとペッツバール和が増大し、望遠端での像面湾曲が増大する。条件式（５）の上限を上回ると正レンズＬ１２の像側面における全反射条件の臨界角が小さくなるため、全反射が起きやすく、迷光が発生しやすい。条件式（６）の下限を下回ると、望遠端での軸上色収差が増大し、上限を上回ると広角端での倍率色収差が増大する。

上記条件式（７）は、変倍時の絞り移動距離に関する式で、この式を満足することで、第１レンズ群Ｇ１のレンズ外径を小型化できると共に、沈胴時のレンズ長の短縮化を達成できる。条件式（７）の下限を下回ると変倍時の開口絞りＳｔの移動量が少なくなるため、絞り移動機構の長さは短縮できるが、第１レンズ群Ｇ１における光束の有効範囲が大きくなり、レンズ外径の小型化が困難となる。また、上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１における光束の有効範囲が小さくなることより、レンズ外径の小型化には有利であるが、絞り移動機構の長さが長くなり、沈胴時のレンズ長の短縮化が困難となる。

上記条件式（８）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。

上記条件式（９）は、第２レンズ群Ｇ２における正レンズＬ２３のアッベ数に関する式で、この式満足することにより、色収差を良好に補正することができる。条件式（９）の下限を下回ると望遠端における軸上色収差が増大し、上限を上回ると望遠端における倍率色収差が増大する。

以上説明したように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、物体側より順に、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、開口絞りＳｔと、正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とを配設した構成において、変倍時における各レンズ群および絞りＳｔの移動を、適切な条件式と組み合わせつつ最適化するようにしたので、高変倍比でありながら、全体的に小型化を図ることができる。また、本実施の形態に係るズームレンズを搭載した撮像装置によれば、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。

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まとめて説明する。

図６（Ａ），（Ｂ）および図７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。特に図６（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図６（Ｂ）および図７にはその他のデータを示す。図６（Ａ）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＝１〜２１）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。Ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間の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。図６（Ａ）にはまた、諸データとして、広角端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。

実施例１に係るズームレンズは、変倍に伴って開口絞りＳｔと各レンズ群が光軸上を移動するため、開口絞りＳｔと各レンズ群の前後の面間隔Ｄ５，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１７，Ｄ１９の値は可変となっている。図６（Ｂ）には、これらの面間隔Ｄ５，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１７，Ｄ１９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。

図６（Ａ）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内の単レンズＬ３３の両面Ｓ１６，Ｓ１７と、第４レンズ群Ｇ４内の正レンズＬ４１の物体側の面Ｓ１８とが非球面形状となっている。図６（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。

図７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、非球面係数Ａ_nとしてＡ₃〜Ａ₁₄までの次数を有効に用いている。

以上の実施例１に係るズームレンズと同様にして、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実施例２として、図８（Ａ），（Ｂ）および図９に示す。実施例２に係るズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３内の単レンズＬ３３の両面Ｓ１６，Ｓ１７と、第４レンズ群Ｇ４内の正レンズＬ４１の両面Ｓ１８，Ｓ１９とが非球面形状となっている。

また同様にして、図３（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実施例３として、図１０（Ａ），（Ｂ）および図１１に示す。また同様にして、図４（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実施例４として、図１２（Ａ），（Ｂ）および図１３に示す。また同様にして、図５（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実施例５として、図１４（Ａ），（Ｂ）および図１５に示す。

なお、実施例３ないし５のズームレンズについては、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。

図１６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。図１６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。

図１７（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、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１８（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図１９（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、実施例２に係るズームレンズについての諸収差を図２０（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図２１（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図２２（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、実施例３および５に係るズームレンズについての諸収差を図２３〜図３１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、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。

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、実施例１に対応するレンズ断面図である。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第５の構成例を示すものであり、実施例５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レンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。実施例１に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。実施例２に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。実施例２に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。実施例３に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。実施例３に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。実施例４に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。実施例４に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。実施例５に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。実施例５に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。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。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。

符号の説明

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、絞りと、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レンズ群とが配設されると共に、少なくとも前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記絞り、および前記第３レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行うようになされ、
変倍時に、前記絞りが、広角端において望遠端よりも像面に近づき、かつ、望遠端において広角端よりも前記第２レンズ群に近づくように移動するように構成され、かつ、以下の条件式を満足するように構成されている
ことを特徴とするズームレンズ。
４．０＜ｆ１／ｆｗ＜７．０ ……（１）
０．２＜Ｘ１／ｆｔ＜０．３ ……（２）
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（８）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の合成焦点距離
Ｘ１：広角端から望遠端への変倍の際の第１レンズ群の移動量
ＩＨ：最大像高
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。
０．２＜ｆ３／ｆ４＜０．５ ……（３）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ４：第４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。
０．０＜Ｄｗ／ｆｔ＜０．１ ……（４）
ただし、
Ｄｗ：広角端における絞りと第３レンズ群の最も物体側のレンズ面との光軸上間隔
とする。
前記第１レンズ群が物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび物体側に凸の正レンズからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとからなり、以下の条件式を満足するように構成されている
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。
１．５７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
６２．０＜ν１２＜７０ ……（６）
ただし、
Ｎ１２：第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線での屈折率
ν１２：第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数
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４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
０．４＜（Ｐｔ−Ｐｗ）／ｆｗ＜０．９ ……（７）
ただし、
Ｐｗ：広角端における絞りと像面との光軸上距離
Ｐｔ：望遠端における絞りと像面との光軸上距離
とする。
前記第２レンズ群が物体側より順に、像側の面が物体側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凹面とされた負レンズと、両凹レンズと、物体側に凸面を有する正レンズとからなり、それらの各レンズは互いに接合されていない
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。
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６に記載のズームレンズ。
ただし、
２０＜ν２３＜２５ ……（９）
ν２３：第２レンズ群中の正レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
前記第３レンズ群が物体側より順に、物体側の面が像側に比べて曲率半径の絶対値の小さい凸面とされた正レンズおよび像側に凹面を有する負レンズからなる接合レンズと、少なくとも１面が非球面形状の単レンズとからなる
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。
前記第４レンズ群が１枚の正レンズのみで構成され、その正レンズの少なくとも物体側の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。
前記第４レンズ群が合焦時に移動する
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
請求項１ないし１０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。