JP5767332B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズ、特に、小型のビデオカメラ等に好適に使用可能なズームレンズに関するものである。

また本発明は、そのような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、変倍比が２．５倍程度で広角なズームレンズの一つとして、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群が配列されてなり、第１レンズ群および第２レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行う２群タイプのズームレンズが公知となっている。この種のズームレンズは、小型のビデオカメラ等に好適に用いられている。

例えば特許文献１および２には、第１レンズ群が４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された負レンズ（負の屈折力を有するレンズ）、負レンズ、負レンズおよび正レンズ（正の屈折力を有するレンズ）から構成され、第２レンズ群も４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された正レンズ、正レンズ、負レンズおよび正レンズから構成された２群タイプのズームレンズが示されている（共に実施例１）。

また特許文献３にも、第１レンズ群が４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された負レンズ、負レンズ、負レンズおよび正レンズから構成され、第２レンズ群も４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された正レンズ、正レンズ、負レンズおよび正レンズから構成された２群タイプのズームレンズが示されている（実施例２）。

さらに特許文献４にも、第１レンズ群が４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された負レンズ、負レンズ、負レンズおよび正レンズから構成され、第２レンズ群も４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された正レンズ、正レンズ、負レンズおよび正レンズから構成された２群タイプのズームレンズが示されている（実施例４）。

また引用文献５には、第１レンズ群が４枚のレンズすなわち、物体側から順に配置された負レンズ、正レンズ、負レンズおよび正レンズから構成された２群タイプのズームレンズが示されている（実施例１）。

特開2006-276430号公報 特開2004-317901号公報 特開2006-91643号公報 特開2008-65051号公報 特開2004-21223号公報

しかし特許文献１に示されたズームレンズは歪曲収差が大きい、特許文献２〜４に示されたズームレンズは広角で変倍比も大きいが歪曲収差の点で改善の余地が残されている、また特許文献５に示されたズームレンズは、広角であるが変倍比が小さくＦ値も大きい、といった問題が認められている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、Ｆ値が小さく、歪曲収差等の諸収差を良好に補正することができるズームレンズを提供することを目的とする。

また本発明は、上述のようなズームレンズを用いることにより、良好な光学性能を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本発明による第１のズームレンズは、
実質的に、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とが配列されてなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とを移動させることにより変倍を行い、
前記第１レンズ群が実質的に、物体側から順に配置された負の屈折力を有する第１レンズ、第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズから構成され、
前記第２レンズ群が実質的に４枚のレンズから構成され、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ_１とし、第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ_Ｇ１２とし、第２レンズ群の物体側から１枚目のレンズの焦点距離をｆ _Ｇ２１ とし、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ _Ｇ２２ としたとき、以下の条件式
−０．４４＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．１６ ・・・（1-3）
１．３＜ｆ _Ｇ２１ ／ｆ _Ｇ２２ ＜３．０ ・・・（９）
を満たすことを特徴とするものである。

ここで、「実質的に第１レンズ群と第２レンズ群とが配列されてなる」とは、それらのレンズ群以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等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、手振れ補正機構等の機構部分等を持つ場合も含むものとする。この点は、「第１レンズ群が実質的に、物体側から順に配置された負の屈折力を有する第１レンズ、第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズから構成され」との記載や、「第２レンズ群が実質的に４枚のレンズから構成され」との記載についても同様である。

なお、本発明のズームレンズにおいて、各レンズ群を構成するレンズには接合レンズが用いられてもよいが、接合レンズはｎ枚の貼り合わせで構成されていれば、ｎ枚のレンズとして数えるものとする。

また、本発明のズームレンズにおけるレンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。

なお、本発明によるズームレンズにおいては、条件式（1-3）が規定する範囲の中で、特に以下の条件式
−０．１５＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．０５ ・・・（1-2）
を満たすことが望ましい。

他方、本発明による撮像装置は、以上説明した本発明によるズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によるズームレンズは、第１レンズ群を４枚のレンズで構成し、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ、第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズと配列したことにより、コストの上昇を抑えながら広角化に伴う諸収差の増大を抑制できる。さらに、第２レンズ群を４枚のレンズで構成したことにより、コストの上昇を抑えながら変倍による収差の変動を抑制できる。

さらに本発明によるズームレンズは、前記条件式（1-3）を満たすことにより、以下の効果を奏するものとなる。この条件式（1-3）は、第１レンズ群の焦点距離と、第１レンズ群の第２レンズの焦点距離との関係を規定したものである。この条件式（1-3）の下限値以下になると、上記第２レンズの正の屈折力が強くなり、それを補うために第１レンズ群中の負の屈折力を持つレンズの屈折力が強くなり過ぎてしまい、諸収差の補正が困難になるので好ましくない。逆に条件式（1-3）の上限値以上になると、上記第２レンズの負の屈折力が強くなり過ぎてしまい、歪曲収差の補正が困難になるので好ましくない。条件式（1-3）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、歪曲収差並びにその他の諸収差を良好に補正可能となる。

以上の効果は、条件式（1-3）が規定する範囲内で特に前記条件式（1-2）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

そして本発明のズームレンズは、後述する数値実施例に具体的に示す通り、Ｆ値も十分に小さいものとなり得る。

他方、本発明による撮像装置は、以上説明した効果を奏する本発明のズームレンズが適用されたものであるから、良好な光学性能を備えたものとなる。

本発明の実施例１に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例１に係るズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例２に係るズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例３に係るズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例４に係るズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例５に係るズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の実施例６に係るズームレンズの各収差図 本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成図

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は、本発明の実施形態に係るズームレンズの構成例を示す断面図であり、後述する実施例１のズームレンズに対応している。また、図２〜図６は、本発明の実施形態に係る別の構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２〜６のズームレンズに対応している。図１〜図６に示す例の基本的な構成は、特に違いを述べている点を除いて互いに同様であり、図示方法も同様であるので、ここでは主に図１を参照しながら、本発明の実施形態に係るズームレンズについて説明する。

図１では、左側が物体側、右側が像側として、（Ａ）は無限遠合焦状態でかつ広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置を、（Ｂ）は無限遠合焦状態でかつ望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置を示している。これは、後述する図２〜図６においても同様である。

本発明の実施形態に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とがレンズ群として配列されてなる。また第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には、変倍に際して移動することのない固定の開口絞りＳｔが配設されている。ここに示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや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。

なお図１には、第２レンズ群Ｇ２と像面Ｓｉｍとの間に、平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましい。光学部材ＰＰは、これらカバーガラスや各種フィルタ等を想定したものである。また、近年の撮像装置は高画質化のために各色毎にＣＣＤを用いる３ＣＣＤ方式を採用しているものがあり、この３ＣＣＤ方式に対応するためには、色分解プリズム等の色分解光学系をレンズ系と像面Ｓｉｍの間に挿入することになる。その場合には、光学部材ＰＰの位置に色分解光学系を配置してもよい。

このズームレンズは、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｓｉｍ側に凸状の軌跡を描くように移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側に単調移動するように構成されている。図１には、広角端から望遠端へ変倍するときの第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の移動軌跡を、（Ａ）と（Ｂ）との間に付した実線の矢印で模式的に示している。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された、負の屈折力を有する第１レンズＬ１１、正の屈折力を有する第２レンズＬ１２、負の屈折力を有する第３レンズＬ１３、および正の屈折力を有する第４レンズＬ１４の４枚のレンズから構成されている。ここで、例えば図１に示す例のように、第１レンズＬ１１は負メニスカス形状のレンズとし、第２レンズＬ１２は物体側面および像側面が共に非球面形状のレンズとし、第３レンズＬ１３は負メニスカス形状のレンズとし、第４レンズＬ１４は正メニスカス形状のレンズとすることができる。なお、特に実施例４では、第２レンズＬ１２として負の屈折力を有するものが適用されている。

上記第２レンズＬ１２の物体側面は、近軸領域で物体側に凹となった非球面とされている。またこの第２レンズＬ１２の物体側面および像側面の少なくとも一方（図１の例では双方）は、中心から有効径までの面上に少なくとも１つの変曲点を持つ非球面とされている。なお、特に実施例２において、第２レンズＬ１２の物体側面は、近軸領域で物体側に凸で、そして中心から有効径までの面上に変曲点は持たない非球面とされている。

一方、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有する第１レンズＬ２１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２２、負の屈折力を有する第３レンズＬ２３、および正の屈折力を有する第４レンズＬ２４の４枚のレンズから構成されている。ここで、例えば図１に示す例のように、第１レンズＬ２１は物体側面および像側面が共に非球面形状のレンズとし、第２レンズＬ２２は両凸形状のレンズとし、第３レンズＬ２３は負メニスカス形状のレンズとし、第４レンズＬ２４は両凸形状のレンズとすることができる。

以上説明のように本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１を４枚のレンズで構成し、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、負の屈折力を有する第３レンズＬ１３、正の屈折力を有する第４レンズＬ１４と配列したことにより、コストの上昇を抑えながら広角化に伴う諸収差の増大が抑制されるようになる。また、実施例４以外の実施例では、特に第２レンズＬ１２を正の屈折力を有するレンズとしたことにより、歪曲収差が良好に補正される。

また、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２が、物体側面に非球面を有していることにより歪曲収差が良好に補正され、そして第１レンズＬ１１を非球面とする場合と比べてズームレンズのコストが低く抑えられる。すなわち、第１レンズＬ１１の前後では通常、軸上光線の通る位置と軸外光線の通る位置とが大きく分かれるので、歪曲収差を良好に補正する上では第１レンズＬ１１あるいは第２レンズＬ１２を非球面レンズとするのが望ましいが、通常第１レンズＬ１１は比較的大径とされるので、一般にそれよりも小径とされる第２レンズＬ１２の方を非球面レンズとすれば、非球面レンズのコストが低くなり、ひいてはズームレンズのコストが低く抑えられるようになる。

また、実施例２以外の実施例において、上記第２レンズＬ１２の物体側面は、特に近軸領域で物体側に凹となった非球面とされているので、球面収差と歪曲収差が良好に補正される。

さらに、実施例２以外の実施例では、上記第２レンズＬ１２の物体側面および像側面の少なくとも一方が、中心から有効径までの面上に少なくとも１つの変曲点を持つ非球面とされたことにより、広角端における歪曲収差と像面湾曲が良好に補正されるようになる。

他方、第２レンズ群Ｇ２が４枚のレンズで構成されたことにより、コストの上昇を抑えながら変倍による収差の変動が抑制されるようになる。

また本ズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２が、物体側から順に配置された正の屈折力を有する第１レンズＬ２１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２２、負の屈折力を有する第３レンズＬ２３、正の屈折力を有する第４レンズＬ２４の４枚のレンズから構成されたことにより、変倍に伴う収差変動が抑えられるようになる。すなわち、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズＬ２１および第２レンズＬ２２を正レンズとすれば、第１レンズ群Ｇ１から出射して大きく発散した軸上光線をそれら２枚の正レンズＬ２１、Ｌ２２で分担して収れんさせることができるので、高次の球面収差が小さく抑えられ、変倍に伴う収差変動が抑えられるようになる。

ここで本ズームレンズにおいては、前述した通り第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、負の屈折力を有する第３レンズＬ１３、正の屈折力を有する第４レンズＬ１４と配列して構成された上で、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ_１とし、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目のレンズである第２レンズＬ１２の焦点距離をｆ_Ｇ１２としたとき、前述した条件式
−０．１９＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．１０ ・・・（1-1）
が満たされている。

なお、以上の条件式で規定される各条件の数値例を、実施例毎にまとめて表１９に示してある。条件式（1-1）が規定するｆ_１／ｆ_Ｇ１２の値は「条件式（１）」の行に示してある。またこの表１９には、後述する条件式（２）〜（９）で規定される各条件の数値例も併せて示してある。

以下、上記の条件式（1-1）で規定された構成による作用、効果について説明する。

条件式（1-1）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の焦点距離との関係を規定したものである。この条件式（1-1）の下限値以下になると、第２レンズＬ１２の正の屈折力が強くなり、それを補うために第１レンズ群Ｇ１中の負の屈折力を持つレンズ、つまり第１レンズＬ１１や第３レンズＬ１３の屈折力が強くなり過ぎてしまい、諸収差の補正が困難になるので好ましくない。逆に条件式（1-1）の上限値以上になると、第２レンズＬ１２の負の屈折力が強くなり過ぎてしまい、歪曲収差の補正が困難になるので好ましくない。本ズームレンズでは条件式（1-1）が満たされているので、以上の不具合を防止して、歪曲収差並びにその他の諸収差を良好に補正可能となる。

なお本ズームレンズでは、条件式（1-1）が規定する範囲内で特に前記条件式
−０．１５＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．０５ ・・・（1-2）
が満たされているので、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、前述した通り第１レンズ群Ｇ１が、負の屈折力を有する第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、負の屈折力を有する第３レンズＬ１３、および正の屈折力を有する第４レンズＬ１４から構成されるとともに、第２レンズ群Ｇ２が４枚のレンズから構成された上で、条件式
−０．４４＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．１６ ・・・（1-3）
が満たされているので、以下の効果が得られる。この条件式（1-3）も条件式（1-1）と同様に、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の焦点距離との関係を規定したものである。この条件式（1-3）の下限値以下になると、第２レンズＬ１２の正の屈折力が強くなり、それを補うために第１レンズ群Ｇ１中の負の屈折力を持つレンズ、つまり第１レンズＬ１１や第３レンズＬ１３の屈折力が強くなり過ぎてしまい、諸収差の補正が困難になるので好ましくない。逆に条件式（1-3）の上限値以上になると、第２レンズＬ１２の負の屈折力が強くなり過ぎてしまい、歪曲収差の補正が困難になるので好ましくない。本ズームレンズでは条件式（1-3）が満たされているので、以上の不具合を防止して、歪曲収差並びにその他の諸収差を良好に補正可能となる。

なお本ズームレンズでは、条件式（1-3）が規定する範囲内で特に前記条件式（1-2）が満たされているので、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ_１としたとき、以下の条件式
０．００＜|ｆｗ／ｆ_１|＜０．６４ ・・・（２）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（２）は、広角端における全系の焦点距離ｆｗと、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ_１との関係を規定したものである。この条件式（２）の上限値以上になると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が強くなり過ぎてしまい、軸外での諸収差の補正が困難になるので好ましくない。条件式（２）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、軸外での諸収差を良好に補正可能となる。

なお、条件式（２）が規定する範囲内で特に下記の条件式
０．２０＜|ｆｗ／ｆ_１|＜０．５０ ・・・（２’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。そして、この条件式（２’）の下限値以下になると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が弱くなり、光学系全体が大型化してしまうため好ましくないが、条件式（２’）が満たされている場合は、そのような不具合を防止して、光学系全体の小型化を達成できる。

また本ズームレンズでは、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ_２としたとき、以下の条件式
０．３１＜ｆｗ／ｆ_２＜０．４９ ・・・（３）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（３）は、広角端における全系の焦点距離ｆｗと、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ_２との関係を規定したものである。この条件式（３）の下限値以下になると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなり、変倍における第２レンズ群Ｇ２の移動量が増大し、光学系全体の全長が長くなって小型化が困難になるため好ましくない。逆に条件式（３）の上限値以上になると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなり過ぎてしまい、全変倍域での諸収差を良好に補正することが困難になるので好ましくない。条件式（３）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、光学系全体の小型化を達成し、また全変倍域で諸収差を良好に補正可能となる。

なお、条件式（３）が規定する範囲内で特に下記の条件式
０．３１＜ｆｗ／ｆ_２＜０．３５ ・・・（３’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ_１とし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ_２としたとき、以下の条件式
０．５６＜|ｆ_１／ｆ_２|＜１．０４ ・・・（４）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ_１と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ_２との関係を規定したものである。この条件式（４）の下限値以下になると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなり、変倍における第２レンズ群Ｇ２の移動量が増大し、光学系全体の全長が長くなって小型化が困難になるため好ましくない。逆に条件式（４）の上限値以上になると、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が不足し、画角を確保するために最も物体側に位置する第１レンズＬ１１の径を大きくする必要が生じ、小型化が困難になるので好ましくない。条件式（４）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、光学系全体を容易に小型化することができる。

なお、条件式（４）が規定する範囲内で特に下記の条件式
０．７０＜|ｆ_１／ｆ_２|＜０．８０ ・・・（４’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目のレンズである第２レンズＬ１２の焦点距離をｆ_Ｇ１２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、以下の条件式
−０．０４＜ｆｗ／ｆ_Ｇ１２＜０．５０ ・・・（５）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（５）は、広角端における全系の焦点距離と、第１レンズ群の第２レンズＬ１２の焦点距離との関係を規定したものである。この条件式（５）の下限値以下になると第２レンズＬ１２の屈折力が負側に寄ることになって、第２レンズＬ１２を通る中心光束と周辺光束の屈折のバランスが崩れ、その結果、歪曲収差の補正が困難になるので好ましくない。逆に条件式（５）の上限値以上になると、第２レンズＬ１２の正の屈折力が強くなり過ぎてしまい、第１レンズ群Ｇ１全体の負の屈折力が不足し、広角化が困難になる。この第１レンズ群Ｇ１全体の負の屈折力不足を補うために、第１レンズ群Ｇ１内の負レンズつまり第１レンズＬ１１や第３レンズＬ１３の屈折力を強くすることも考えられるが、そのようにすると諸収差の補正が困難になるので好ましくない。条件式（５）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、歪曲収差を良好に補正し、また容易に広角化することができる。

なお、条件式（５）が規定する範囲内で特に下記の条件式
−０．０１＜ｆｗ／ｆ_Ｇ１２＜０．２０ ・・・（５’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目のレンズの物体側面の最大有効半径をＨ_Ｇ１２Ｆとし、上記２枚目のレンズの物体側面の中心と光軸から高さＨ_Ｇ１２Ｆの面上の点とを通り、面の中心を頂点とする球面の曲率半径をｒ’_Ｇ１２Ｆとし、上記２枚目のレンズの物体側面の中心と光軸から高さＨ_Ｇ１２Ｆ×０．５の面上の点とを通り、面の中心を頂点とする球面の曲率半径をｒ”_Ｇ１２Ｆとしたとき、以下の条件式
０．２０＜Ｈ_Ｇ１２Ｆ×｛(１／ｒ’_Ｇ１２Ｆ)−(１／ｒ”_Ｇ１２Ｆ)｝ ・・・（６）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の物体側面について、その最大有効半径と非球面形状との関係を規定したものである。上記第２レンズＬ１２の物体側面の中心近傍と周辺とで、曲率に条件式（６）の範囲で差を持たせることにより、広角端における歪曲収差を良好に補正可能となる。この条件式（６）の下限値以下になると補正不足になり、逆に上限値以上になると補正過剰となるので、いずれも好ましくない。

なお、条件式（６）が規定する範囲内で特に下記の条件式
０．２０＜Ｈ_Ｇ１２Ｆ×｛(１／ｒ’_Ｇ１２Ｆ)−(１／ｒ”_Ｇ１２Ｆ)｝＜０．５０・・・（６’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目のレンズの物体側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１２Ｆとし、第１レンズ群Ｇ１の物体側から２枚目のレンズの像側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１２Ｒとしたとき、以下の条件式
２．０＜(ｒ_Ｇ１２Ｆ＋ｒ_Ｇ１２Ｒ)／(ｒ_Ｇ１２Ｆ−ｒ_Ｇ１２Ｒ)＜３０．０ ・・・（７）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の形状を規定したものである。この条件式（７）の下限値以下になると、広角端側での歪曲収差が補正不足となるので好ましくない。逆に上限値以上になると、望遠端側での球面収差を良好に補正することが困難になるので好ましくない。条件式（７）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、広角端側での歪曲収差および望遠端側での球面収差を良好に補正可能となる。

なお、条件式（７）が規定する範囲内で特に下記の条件式
２．０＜(ｒ_Ｇ１２Ｆ＋ｒ_Ｇ１２Ｒ)／(ｒ_Ｇ１２Ｆ−ｒ_Ｇ１２Ｒ)＜１５．０ ・・・（７’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から１枚目のレンズの物体側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１１Ｆとし、第１レンズ群Ｇ１の物体側から１枚目のレンズの像側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１１Ｒとしたとき、以下の条件式
２．５＜(ｒ_Ｇ１１Ｆ＋ｒ_Ｇ１１Ｒ)／(ｒ_Ｇ１１Ｆ−ｒ_Ｇ１１Ｒ)＜１０．０ ・・・（８）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（８）は、第１レンズ群Ｇ１の第１レンズＬ１１の形状を規定したものである。この条件式（８）の下限値以下になると、広角端側での像面湾曲が補正不足となるので好ましくない。逆に上限値以上になると、広角端側での像面湾曲が補正過剰となるので好ましくない。条件式（８）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、広角端側での像面湾曲を適切に補正可能となる。

なお、条件式（８）が規定する範囲内で特に下記の条件式
２．８＜(ｒ_Ｇ１１Ｆ＋ｒ_Ｇ１１Ｒ)／(ｒ_Ｇ１１Ｆ−ｒ_Ｇ１１Ｒ)＜４．０ ・・・（８’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また本ズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の物体側から１枚目のレンズの焦点距離をｆ_Ｇ２１とし、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ_Ｇ２２としたとき、以下の条件式
１．３＜ｆ_Ｇ２１ ／ｆ_Ｇ２２ ＜３．０ ・・・（９）
が満たされているので、下記の効果も得られる。すなわち、この条件式（９）は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズＬ２１と第２レンズＬ２２について、互いの焦点距離の関係を規定したものである。この条件式（９）の下限値以下になると、球面収差が補正不足となるので好ましくない。逆に上限値以上になると、球面収差が補正過剰となるので好ましくない。条件式（９）が満たされている場合は、以上の不具合を防止して、全変倍域で球面収差を良好に補正可能となる。

なお、条件式（９）が規定する範囲内で特に下記の条件式
２．０＜ｆ_Ｇ２１ ／ｆ_Ｇ２２ ＜２．５ ・・・（９’）
が満たされている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

なお図１には、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

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１〜６のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜６に示したものである。

そして、実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズームに関するデータを表２に、非球面データを表３に示す。同様に、実施例２〜６のズームレンズの基本レンズデータ、ズームに関するデータ、非球面データを表４〜表１８に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例に挙げて説明するが、実施例２〜６のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、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上の面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊの欄には最も物体側のレンズを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）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線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の曲率半径の欄には、∞（開口絞り）と記載している。

表１の基本レンズデータにおけるＤ８、Ｄ９、Ｄ１７は、変倍時に変化する面間隔である。Ｄ８は第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔとの間隔であり、Ｄ９は開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、Ｄ１７は第２レンズ群Ｇ２と光学部材ＰＰとの間隔である。

表２のズームに関するデータには、広角端、望遠端それぞれにおける、全系の焦点距離（ｆ）、Ｆ値（Ｆｎｏ．）、全画角（２ω）、変倍時に変化する各面間隔の値を示している。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面データには、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の非球面データの数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０−^ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、下記非球面式における各係数ＫＡ、ＲＡｍ（ｍ＝３、４、５、…１６）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＲＡｍ・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：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１６）
以下に記載する表では、所定の桁で丸めた数値を記載している。また、以下に記載する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を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小して使用することが可能であるので、他の適当な単位を用いることもできる。

また表１９に、実施例１〜６のズームレンズの条件式（1-1）〜（1-3）、（２）〜（９）に対応する値を示す。ここに示す値は、各条件式が規定している条件つまり文字式の部分の値であり、例えば「条件式（２）」の行には|ｆｗ／ｆ_１|の値を示している。また条件式（1-1）〜（1-3）については、規定している条件は共通でｆ_１／ｆ_Ｇ１２であるので、まとめて「条件式（１）」とした行にｆ_１／ｆ_Ｇ１２の値を示してある。なお、この表１９の値はｄ線に関するものである。

ここで、実施例１のズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示し、望遠端における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図７（Ｅ）〜図７（Ｈ）に示す。

各収差図はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準としたものであるが、球面収差図ではｇ線（波長４３５．８ｎｍ）およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ）に関する収差も示し、倍率色収差図ではｇ線およびＣ線に関する収差を示す。非点収差図では、サジタル方向については実線で、タンジェンシャル方向については点線で示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における各収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｈ）に示し、以下全く同様にして実施例３〜６の各収差図をそれぞれ図９〜図１２に示す。

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１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態のズームレンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば監視カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等を挙げることができる。

図１３に示す撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されて、ズームレンズ１により結像された被写体の像を撮像する撮像素子２と、撮像素子２からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、ズームレンズ１の変倍を行うための変倍制御部５と、フォーカス調整を行うためのフォーカス制御部６とを備えている。なお、ズームレンズ１と撮像素子２との間に、適宜フィルタ等が配設されてもよい。

ズームレンズ１は、負の屈折力を有して、広角端から望遠端に変倍する際に像面側に凸状の軌跡を描くように移動する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有して、広角端から望遠端に変倍する際に物体側に単調移動する第２レンズ群Ｇ２と、固定の開口絞りＳｔとを有している。なお、図１３では各レンズ群を概略的に示している。

撮像素子２は、ズームレンズ１により形成される光学像を撮像して電気信号を出力するものであり、その撮像面はズームレンズ１の像面に一致するように配置されている。撮像素子２としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなるものを用いることができる。

なお、図１３では図示していないが、撮像装置１０は、例えば第２レンズ群Ｇ２の一部を構成する正の屈折力を有するレンズを光軸Ｚに垂直な方向に移動させて、振動や手振れ時の撮影画像のぶれを補正するぶれ補正機構をさらに備えるようにしてもよい。

この撮像装置１０は、前述した通りの効果を奏する本発明のズームレンズを備えたものであるから、良好な光学性能を備えた上で、小型化、低コスト化および広角化を達成できるものとなる。

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るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、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。

Claims (18)

1. 実質的に、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とが配列されてなり、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とを移動させることにより変倍を行い、
   前記第１レンズ群が実質的に、物体側から順に配置された負の屈折力を有する第１レンズ、第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズから構成され、
   前記第２レンズ群が実質的に４枚のレンズから構成され、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆ_１とし、第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ_Ｇ１２とし、第２レンズ群の物体側から１枚目のレンズの焦点距離をｆ _Ｇ２１ とし、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ _Ｇ２２ としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   −０．４４＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．１６ ・・・（1-3）
   １．３＜ｆ _Ｇ２１ ／ｆ _Ｇ２２ ＜３．０ ・・・（９）
2. 前記焦点距離ｆ _１ およびｆ _Ｇ１２ に関して、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   −０．１９＜ｆ _１ ／ｆ _Ｇ１２ ＜０．１０ ・・・（1-1）
3. 前記焦点距離ｆ_１およびｆ_Ｇ１２に関して、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   −０．１５＜ｆ_１／ｆ_Ｇ１２＜０．０５ ・・・（1-2）
4. 広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、第１レンズ群の焦点距離をｆ_１としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．００＜|ｆｗ／ｆ_１|＜０．６４ ・・・（２）
5. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
   ０．２０＜|ｆｗ／ｆ_１|＜０．５０ ・・・（２’）
6. 広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、第２レンズ群の焦点距離をｆ_２としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．３１＜ｆｗ／ｆ_２＜０．４９ ・・・（３）
7. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
   ０．３１＜ｆｗ／ｆ_２＜０．３５ ・・・（３’）
8. 第１レンズ群の焦点距離をｆ_１とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ_２としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．５６＜|ｆ_１／ｆ_２|＜１．０４ ・・・（４）
9. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項８に記載のズームレンズ。
   ０．７０＜|ｆ_１／ｆ_２|＜０．８０ ・・・（４’）
10. 第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの焦点距離をｆ_Ｇ１２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    −０．０４＜ｆｗ／ｆ_Ｇ１２＜０．５０ ・・・（５）
11. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載のズームレンズ。
    −０．０１＜ｆｗ／ｆ_Ｇ１２＜０．２０ ・・・（５’）
12. 第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの物体側面の最大有効半径をＨ_Ｇ１２Ｆとし、上記２枚目のレンズの物体側面の中心と光軸から高さＨ_Ｇ１２Ｆの面上の点とを通り、面の中心を頂点とする球面の曲率半径をｒ’_Ｇ１２Ｆとし、上記２枚目のレンズの物体側面の中心と光軸から高さＨ_Ｇ１２Ｆ×０．５の面上の点とを通り、面の中心を頂点とする球面の曲率半径をｒ”_Ｇ１２Ｆとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ０．２０＜Ｈ_Ｇ１２Ｆ×｛(１／ｒ’_Ｇ１２Ｆ)−(１／ｒ”_Ｇ１２Ｆ)｝ ・・・（６）
13. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１２に記載のズームレンズ。
    ０．２０＜Ｈ_Ｇ１２Ｆ×｛(１／ｒ’_Ｇ１２Ｆ)−(１／ｒ”_Ｇ１２Ｆ)｝＜０．５０・・（６’）
14. 第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの物体側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１２Ｆとし、第１レンズ群の物体側から２枚目のレンズの像側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１２Ｒとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ２．０＜(ｒ_Ｇ１２Ｆ＋ｒ_Ｇ１２Ｒ)／(ｒ_Ｇ１２Ｆ−ｒ_Ｇ１２Ｒ)＜３０．０ ・・・（７）
15. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１４に記載のズームレンズ。
    ２．０＜(ｒ_Ｇ１２Ｆ＋ｒ_Ｇ１２Ｒ)／(ｒ_Ｇ１２Ｆ−ｒ_Ｇ１２Ｒ)＜１５．０ ・・・（７’）
16. 第１レンズ群の物体側から１枚目のレンズの物体側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１１Ｆとし、第１レンズ群の物体側から１枚目のレンズの像側面の近軸曲率半径をｒ_Ｇ１１Ｒとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ２．５＜(ｒ_Ｇ１１Ｆ＋ｒ_Ｇ１１Ｒ)／(ｒ_Ｇ１１Ｆ−ｒ_Ｇ１１Ｒ)＜１０．０ ・・・（８）
17. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１６に記載のズームレンズ。
    ２．８＜(ｒ_Ｇ１１Ｆ＋ｒ_Ｇ１１Ｒ)／(ｒ_Ｇ１１Ｆ−ｒ_Ｇ１１Ｒ)＜４．０ ・・・（８’）
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

Images