JP5782111B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、特に、ビデオカメラや放送用カメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該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、上記分野に使用可能なズームレンズとして、物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を配列した４群構成のレンズ系が知られている。例えば、下記特許文献１〜３には、上記４群構成のズームレンズであって、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群と第３レンズ群が固定され、第２レンズ群と第４レンズ群が移動し、第４レンズ群で合焦を行うリアフォーカスタイプのレンズ系が記載されている。下記特許文献１〜３に記載のレンズ系は、第３レンズ群中の光学系の一部を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させて撮影画像のブレを補正するように構成されている。

特開２００６−４７７７１号公報 特開２００７−３３５５３号公報 特開２００７−１２７６９４号公報

近年の撮像装置は、レンズ系と、該レンズ系により形成された像を撮像して電気信号を出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子とを組み合わせた電子撮像装置が一般的である。撮像素子の高画素化や小型化に伴い、電子撮像装置に搭載されるズームレンズには、高性能且つ、小型、高変倍比であることが求められ、さらに、低コスト化も強く要求されている。

しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、全体的に小型化されているものの、変倍比が１１〜１２程度であり、近年の高変倍比の要望を十分満たすものではない。特許文献２に記載のズームレンズは、変倍比が２０程度あり高変倍比と言えるが、小型化されているとは言えない。特許文献３に記載のズームレンズは、高変倍比を有し、小型に構成されているが、使用している材料のコストが高くコスト的に不利であると考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高性能且つ高変倍比を有し、小型化および低コスト化が図られ、良好な画像を取得可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、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レンズ群とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、第１レンズ群および第３レンズ群は光軸方向について固定されており、第２レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、第４レンズ群は光軸方向に移動するように構成されており、第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有し該第１レンズに接合される第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、第３レンズ群が、物体側から順に、１組の接合レンズからなり負の屈折力を有する負部分レンズ群と、正の屈折力を有する正部分レンズ群とからなり、該正部分レンズ群の最も像側のレンズが像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０．２＜ｆ３Ｐ／｜ｆ３Ｎ｜＜０．３５ … （１）
ただし、
ｆ３Ｐ：前記正部分レンズ群の焦点距離
ｆ３Ｎ：前記負部分レンズ群の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
６０．０＜ν１ｐ＜７０．０ … （２）
ただし、
ν１ｐ：第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズのｄ線におけるアッベ数の平均

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０．５６０＜ｆ３Ｐ／ｆＧ１＜０．６３７ … （３）
ただし、
ｆ３Ｐ：正部分レンズ群の焦点距離
ｆＧ１：第１レンズ群の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、正部分レンズ群を光軸に垂直な方向に移動させて、ズームレンズが振動したときの像の変位を補正するように構成されていることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
２．０≦｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ３＜７．５ … （４）
ただし、
ｆ３Ｎ：負部分レンズ群の焦点距離
ｆＧ３：第３レンズ群の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
３．６＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ４＜1０．０ … （５）
ただし、
ｆ３Ｎ：負部分レンズ群の焦点距離
ｆＧ４：第４レンズ群の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
１８．０＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆｗ＜６０．０ … （６）
ただし、
ｆ３Ｎ：負部分レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、正部分レンズ群は接合レンズを有するように構成してもよい。

なお、「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。なお、「〜とからなり」とは、実質的な意味であり、挙げた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等の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、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいものとする。

なお、上記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。

本発明の撮像装置は、上記本発明のズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、正の第３レンズ群と、正の第４レンズ群とを備え、変倍時に第２レンズ群および第４レンズ群が光軸方向に移動するズームレンズにおいて、第１レンズ群のレンズ構成を好適に設定し、第３レンズ群が物体側から順に、接合レンズを含む負レンズ群と、正レンズ群とからなるように構成し、これら負レンズ群と正レンズ群の屈折力の強さを条件式（１）を満たすように好適に設定しているため、高性能、高変倍比、小型化および低コスト化を実現し、良好な画像を取得することが可能となる。

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えているため、小型で安価に構成可能であり、高変倍で高画質の映像を取得することが可能となる。

本発明の実施例１にかか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にかか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にかか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にかか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にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 図６（Ａ）〜図６（Ｌ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図 図７（Ａ）〜図７（Ｌ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｌ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｌ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図 本発明の実施形態にかか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かかるズームレンズの構成例を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。また、図２〜図５は、本発明の実施形態にかか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２〜５のズームレンズに対応している。図１〜図５に示す例の基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、ここでは主に図１を参照しながら、本発明の実施形態にかか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、右側が像側として図示している。本発明の実施形態にかかるズームレンズは、物体側から順に、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、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とがレンズ群として配列されてなる。

なお、図１には、第４レンズ群Ｇ４と像面Ｓｉｍとの間に平行平板状の光学部材ＰＰ１、ＰＰ２が配置された例を示している。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。また、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ＰＰ１、ＰＰ２は、これら色分解光学系、カバーガラスや各種フィルタ等を想定したものである。

このズームレンズは、広角端から望遠端に変倍する際に、像面Ｓｉｍに対して、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定されており、第２レンズ群Ｇ２は光軸Ｚに沿って像側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に移動するように構成されている。開口絞りＳｔは図１に示す例では変倍時に固定されている。図１には、広角端から望遠端へ変倍するときの第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４の移動軌跡を各レンズ群の下方に模式的に実線の矢印で示している。

本ズームレンズはリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群Ｇ４は変倍または物体距離変動時の像面の変動を補正するフォーカス群としての機能を有する。第４レンズ群Ｇ４の下方の２つの実線の矢印のうち、物体側の矢印は近距離物体に合焦している場合の概略的な移動軌跡であり、像側の矢印は無限遠物体に合焦している場合の概略的な移動軌跡である。第４レンズ群Ｇ４は、望遠端において無限遠物体から近距離物体へ合焦する際は、これら２つの実線の矢印の先端に描かれた点線の矢印で示すように物体側へ移動する。

図１に示す例では、開口絞りＳｔが第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に配置されている。本ズームレンズのような、物体側から順に、正、負、正、正のレンズ群を配置して変倍時に第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が移動して、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３が固定されているタイプのズームレンズにおいては、径方向の小型化のためには開口絞りＳｔは、図１に示す例のようにレンズ系の中間またはその近傍、すなわち第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されることが好ましい。なお、図１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。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズＬ１１と、正の屈折力を有しレンズＬ１１に接合されるレンズＬ１２と、正の屈折力を有するレンズＬ１３と、正の屈折力を有するレンズＬ１４とからなるように構成される。高性能かつ高変倍比のズームレンズを実現する場合、第１レンズ群Ｇ１には３枚以上の正レンズを含む計４枚以上のレンズが必要となりやすい。第１レンズ群Ｇ１を上記のレンズＬ１１〜Ｌ１４からなる３群４枚構成とすることで、レンズ枚数を極力抑えて小型化および低コスト化を図りながら、高性能かつ高変倍比を実現することが可能になる。

第２レンズ群Ｇ２は、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、負メニスカス形状のレンズＬ２１と、両凹形状のレンズＬ２２と、両凸形状のレンズＬ２３と、負の屈折力を有しレンズＬ２３に接合されるレンズＬ２４とからなるように構成することができる。主に変倍作用を担う第２レンズ群Ｇ２を上記３群４枚構成とすることで、小型に構成しながら高性能かつ高変倍比を実現することが容易になる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、接合レンズを含み負の屈折力を有する負部分レンズ群Ｇ３Ｎと、正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ３Ｐとからなるように構成される。正部分レンズ群Ｇ３Ｐは、光軸Ｚに垂直な方向に移動させて、防振用のレンズ群として使用するようにしてもよい。

本ズームレンズの目標とする高変倍比の光学系では、微小の手ぶれによっても像の振れが大きくなるため、防振機能を持つことが望まれる。そこで、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを光軸Ｚに垂直な方向に移動させて、ズームレンズが振動したときの像の変位を補正するように構成されていることが好ましい。このように撮影レンズ系の一部を光軸Ｚに垂直な方向に偏芯させて防振を行うことにより、防振のための特別に余分な光学系が不要になる。

撮像素子が１つのみの単板方式用のレンズ系に比べて、３つの撮像素子を用いる３ＣＣＤ方式用のレンズ系は、色分解光学系を挿入可能なように長いバックフォーカスが必要となる。長いバックフォーカスを得るためには、本ズームレンズのようなタイプの光学系では、一般に第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり、第３レンズ群Ｇ３の光軸に垂直な方向の偏芯感度が小さくなる。このような第３レンズ群Ｇ３全体を光軸に垂直な方向に偏芯させて防振を行おうとすると第３レンズ群Ｇ３の移動量が大きくなり、第３レンズ群Ｇ３のレンズの有効径が大きくなり、レンズ系および装置の大型化につながってしまう。

そこで、第３レンズ群Ｇ３を負部分レンズ群Ｇ３Ｎと正部分レンズ群Ｇ３Ｐに分け、正部分レンズ群Ｇ３Ｐに強い正の屈折力をもたせて正部分レンズ群Ｇ３Ｐのみを光軸に垂直な方向に偏芯させて防振を行うようにすれば、正部分レンズ群Ｇ３Ｐの移動量や、レンズ系および装置のサイズを抑制することができる。そして、正部分レンズ群Ｇ３Ｐが有する強い正の屈折力の一部と打ち消し合うように負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力を適切に設定すれば、長いバックフォーカスを得ることができる。

また、第３レンズ群Ｇ３における、物体側から順に、負の負部分レンズ群Ｇ３Ｎ、正の正部分レンズ群Ｇ３Ｐとした配列もまた、負の第２レンズ群Ｇ２からの射出光を直ぐに負部分レンズ群Ｇ３Ｎによって光線を光軸から離れる方向に導くことができるため、長いバックフォーカスに貢献することができる。

仮に正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群として用いる場合、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを駆動する駆動機構のスペースが必要となるため、開口絞りＳｔから離れた位置にあることが好ましい。上述したように開口絞りＳｔは第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置される傾向にあることから、正部分レンズ群Ｇ３Ｐは第３レンズ群Ｇ３において像側に位置することが好ましい。このような事情からも、第３レンズ群Ｇ３における上記配列は好適と言える。

負部分レンズ群Ｇ３Ｎが有する接合レンズは、正レンズと負レンズを接合したものであることが好ましい。これにより、色収差補正の良好なバランスと小型化に寄与することができる。負部分レンズ群Ｇ３Ｎは、例えば図１に示す例のように、物体側から順に配列された、正の屈折力を有するレンズＬ３１と負の屈折力を有するレンズＬ３２とを接合した１組の接合レンズのみからなるように構成することができる。このようにレンズ枚数を極力抑えた構成を採用することにより、小型化と低コスト化を図ることができる。

レンズＬ３１としては、平凸レンズでもよく、両凸レンズでもよい。レンズＬ３２としては、負部分レンズ群Ｇ３Ｎに必要な負の屈折力を確保できるように両凹レンズであることが好ましい。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐの最も像側のレンズは、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであることが好ましい。正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ３Ｐの最も像側にこのような形状のレンズを配置することで、倍率色収差の補正に有利となり、高い解像力を得ることが可能となる。この負の屈折力を有するメニスカスレンズは、収差補正上、接合されていない単レンズであることが好ましい。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐは、少なくとも１枚の負レンズを含むように構成することが好ましい。正の正部分レンズ群に負レンズを持たせることで、正部分レンズ群Ｇ３Ｐ単体での収差発生量を低減することが可能になる。したがって、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群として用い、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを光軸Ｚに垂直な方向に偏芯させた場合に発生する諸収差の変動を補正することが容易になる。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐは、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、両凸形状のレンズＬ３３と、負メニスカス形状のレンズＬ３４とからなる単レンズ２枚の２群２枚構成を採用可能である。この構成によれば、レンズ枚数を抑制して小型化および低コスト化を図ることができる。また、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群とする場合は、このような極力レンズ枚数が少ない構成とすることで、小型化、軽量化を図り、駆動系の負荷を抑えることができる。

あるいは、正部分レンズ群Ｇ３Ｐは、接合レンズを有するように構成してもよく、この場合は、色収差の良好な補正に有利となる。正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群とする場合は、正部分レンズ群Ｇ３Ｐに接合レンズを持たせることで、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを光軸Ｚに垂直な方向に偏芯させた場合に発生する色収差の変動を小さくすることができる。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐが接合レンズを有する場合は、例えば図２に示す例のように、物体側から順に、両凸形状のレンズＬ３３と、レンズＬ３３に接合される負メニスカス形状のレンズＬ３４と、単レンズの負メニスカス形状のレンズＬ３５の２群３枚構成を採ることができる。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐは、少なくとも１面の非球面を有することが好ましく、これにより、良好な収差補正が可能となる。また、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群として用いる場合は、正部分レンズ群Ｇ３Ｐに非球面を持たせることで、防振時に発生する偏芯収差を良好に補正することが容易となる。

正部分レンズ群Ｇ３Ｐが上記２群２枚構成を採る場合は、物体側の両凸レンズを非球面レンズとすることが好ましく、これにより、球面収差の良好な補正に有利となる。正部分レンズ群Ｇ３Ｐが上記２群３枚構成を採る場合は、最も像側の負メニスカスレンズを非球面レンズとすることが好ましく、これにより、像面湾曲の良好な補正に有利となる。

第４レンズ群Ｇ４は、例えば、２枚の正の屈折力を有するレンズと、１枚の負の屈折力を有するレンズからなる３枚構成とすることができる。例えば、図１に示す例では、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正のレンズＬ４１と、負のレンズＬ４２と、正のレンズＬ４３とからなる。

本ズームレンズはさらに適宜選択的に以下の条件式（１）〜（６）を満足することが好ましい。好ましい態様としては、以下に述べる条件式の１つを満足するものでもよく、あるいは任意の複数の組合せを満足するものでもよい。
０．２＜ｆ３Ｐ／｜ｆ３Ｎ｜＜０．３５ … （１）
６０．０＜ν１ｐ＜７０．０ … （２）
０．５６０＜ｆ３Ｐ／ｆＧ１＜０．６３７ … （３）
２．０≦｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ３＜７．５ … （４）
３．６＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ４＜1０．０ … （５）
１８．０＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆｗ＜６０．０ … （６）
ただし、
ｆ３Ｐ：正部分レンズ群Ｇ３Ｐの焦点距離
ｆ３Ｎ：負部分レンズ群Ｇ３Ｎの焦点距離
ν１ｐ：第１レンズ群Ｇ１の正の屈折力を有するレンズのｄ線におけるアッベ数の平均
ｆＧ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆＧ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
ｆＧ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

以下に、上記各条件式の作用効果について説明する。条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ３を構成する負部分レンズ群Ｇ３Ｎと正部分レンズ群Ｇ３Ｐの屈折力の強さの比に関する式である。条件式（１）の上限を上回ると、望遠側で像面がアンダーになり性能が劣化する。また、条件式（１）の上限を上回ると、正部分レンズ群Ｇ３Ｐの屈折力が弱くなるため、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群として用いた場合、正部分レンズ群Ｇ３Ｐの移動量が大きくなり、装置の大型化につながってしまう。

条件式（１）の下限を下回ると、像面湾曲が補正不足になるほか、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力が弱くなり、バックフォーカスが短くなるので色分解光学系を挿入するために必要なスペースの確保が困難となる。

上記事情から、条件式（１）に代えて下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
０．３＜ｆ３Ｐ／｜ｆ３Ｎ｜＜０．３５ … （１−１）

条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１が有する正レンズのアッベ数の平均に関する式である。上述したように、高性能かつ高変倍比のズームレンズを求める場合、第１レンズ群Ｇ１は３枚以上の正レンズを含む計４枚以上のレンズが必要となりやすい。さらに高性能を求める場合、望遠側の色収差補正のために第１レンズ群Ｇ１に異常分散性を持った材料を使うことが想定されるが、このような材料は一般にコストが高い。また、第１レンズ群Ｇ１は他のレンズ群に比べ有効径が大きいレンズ群でもあり、レンズ全系の中で最もコストに効いてくるところと言える。

条件式（２）の上限を上回ると、異常分散性を持った高コストの材料を使用することになるため、コストが高いレンズ系になってしまう。逆に、条件式（２）の下限を下回ると、望遠側の色収差が増大して補正困難となり、特に、軸上色収差の補正が困難となる。

上記事情から、条件式（２）に代えて下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
６４．０＜ν１ｐ＜６９．０ … （２−１）

条件式（３）は、正部分レンズ群Ｇ３Ｐと第１レンズ群Ｇ１の屈折力の比に関する式である。条件式（３）の上限を上回ると、広角端において軸上色収差と倍率色収差が増大し、性能が劣化する。また、条件式（３）の下限を下回ると、広角端で像面がアンダーになり、望遠端で軸上色収差が悪化し性能が劣化する。

上記事情から、条件式（３）に代えて下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．５８０＜ｆ３Ｐ／ｆＧ１＜０．６３５ … （３−１）

条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３における負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力配分に関する式である。条件式（４）の上限を上回ると、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力が弱くなり、バックフォーカスが短くなるので色分解光学系を挿入するのに必要なスペースが確保できなくなる。また、条件式（４）の下限を下回ると、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの負の屈折力が強くなり、光束を光軸Ｚから離す方向に向かわせる発散作用が強くなるため、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの像側に位置する正部分レンズ群Ｇ３Ｐの有効径が大きくなり、質量の増大と高コスト化を招く。

上記事情から、条件式（４）に代えて下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
２．０≦｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ３＜４．０ … （４−１）

条件式（５）は、負部分レンズ群Ｇ３Ｎと第４レンズ群Ｇ４の屈折力の強さの比に関する式である。条件式（５）の上限を上回ると、広角側の球面収差、軸上色収差、倍率色収差が悪化して性能が劣化する。条件式（５）の下限を下回ると、望遠側の倍率色収差が大きくなる。

上記事情から、条件式（５）に代えて下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
３．８＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ４＜７．５ … （５−１）

条件式（６）は、全系における負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力配分に関する式である。条件式（６）の上限を上回ると、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力が弱くなり、色分解光学系を挿入するのに必要なスペースの確保が困難となるだけでなく、像面湾曲が補正不足になり性能が劣化する。

条件式（６）の下限を下回ると、負部分レンズ群Ｇ３Ｎの屈折力が強くなり、正部分レンズ群Ｇ３Ｐの有効径が大きくなることによる質量の増加と高コスト化を招く。また、条件式（６）の下限を下回ると、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを防振用のレンズ群として用いた場合、正部分レンズ群Ｇ３Ｐが移動したときの像面湾曲が悪化する。

上記事情から、条件式（６）に代えて下記条件式（６−１）を満足することがより好ましく、さらに、下記条件式（６−２）を満足することがさらにより好ましい。
１８．０＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆｗ＜３５．０ … （６−１）
２０．０＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆｗ＜３５．０ … （６−２）

本実施形態のズームレンズによれば、上記構成を適宜採用することにより、高変倍比、例えば２０倍程度の変倍比を有し、高性能であり、小型化および低コスト化が図られ、良好な画像を取得可能なズームレンズを提供することができる。

なお、本ズームレンズに耐環境性が求められる場合は、全系の最も物体側のレンズはガラス材質からなることが好ましい。最も物体側に配置されるレンズは、監視カメラの用途等で屋外で使用される場合は、常に太陽光に晒されるため、プラスチックレンズで構成すると、劣化や変質が懸念される。

本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰ１、ＰＰ２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１〜５のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図５に示したものである。

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２〜５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１５に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜５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Ｄ７、Ｄ１４、Ｄ２２、Ｄ２７は、変倍時に変化する面間隔である。Ｄ７は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、Ｄ１４は第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔとの間隔であり、Ｄ２２は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔であり、Ｄ２７は第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰ１との間隔である。ただし、実施例２では、上記Ｄ２２、Ｄ２７の代わりにそれぞれＤ２３、Ｄ２８を用いており、実施例３では、上記Ｄ２２、Ｄ２７の代わりにそれぞれＤ２３、Ｄ２９を用いている。

表２のズームに関するデータには、広角端、中間焦点距離位置、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Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・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
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

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なため、他の適当な単位を用いることもできる。

上記実施例１〜５は全て、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１と、負の第２レンズ群Ｇ２と、正の第３レンズ群Ｇ３と、正の第４レンズ群Ｇ４とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定されており、第２レンズ群Ｇ２は光軸Ｚに沿って像側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に移動して変倍または物体距離変動に伴う像面の変動を補正するように構成されている。また、上記実施例１〜５全て、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、接合レンズを含み負の屈折力を有する負部分レンズ群Ｇ３Ｎと、正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ３Ｐとからなり、正部分レンズ群Ｇ３Ｐを光軸Ｚに垂直な方向に移動させてズームレンズが振動したときの像の変位を補正するように構成されている。

表１６に、実施例１〜５のズームレンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を示す。表１６の値はｄ線に関するものである。

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６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示し、中間焦点距離位置における球面収差、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６（Ｅ）〜図６（Ｈ）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６（Ｉ）〜図６（Ｌ）に示す。

各収差図はｄ線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）、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、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、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図７（Ａ）〜図７（Ｌ）に示し、実施例３のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｌ）に示し、実施例４のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図９（Ａ）〜図９（Ｌ）に示し、実施例５のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）に示す。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１１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１１に示す撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、ズームレンズ１によって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３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とを備える。

ズームレンズ１は、変倍時に固定されている正の第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に光軸Ｚに沿って移動する負の第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、変倍時に固定されている正の第３レンズ群Ｇ３と、変倍時または物体距離変動時に光軸Ｚに沿って移動しフォーカス調整を行う正の第４レンズ群Ｇ４とを有する。なお、図１１では各レンズ群を概略的に示している。撮像素子３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る。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

なお、図１１では図示していないが、撮像装置１０は、第３レンズ群Ｇ３の一部を構成する正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ３Ｐ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制御部をさらに備えるようにしてもよい。

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ず、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 (9)

1. 物体側から順に、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レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端に変倍する際に、像面に対して、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は光軸方向について固定されており、前記第２レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、前記第４レンズ群は光軸方向に移動するように構成されており、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有し該第１レンズに接合される第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとからなり、
   前記第３レンズ群が、物体側から順に、１組の接合レンズからなり負の屈折力を有する負部分レンズ群と、正の屈折力を有する正部分レンズ群とからなり、該正部分レンズ群の最も像側のレンズが像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   ０．２＜ｆ３Ｐ／｜ｆ３Ｎ｜＜０．３５ … （１）
   ただし、
   ｆ３Ｐ：前記正部分レンズ群の焦点距離
   ｆ３Ｎ：前記負部分レンズ群の焦点距離
2. 下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   ６０．０＜ν１ｐ＜７０．０ … （２）
   ただし、
   ν１ｐ：前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズのｄ線におけるアッベ数の平均
3. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
   ０．５６０＜ｆ３Ｐ／ｆＧ１＜０．６３７ … （３）
   ただし、
   ｆ３Ｐ：前記正部分レンズ群の焦点距離
   ｆＧ１：前記第１レンズ群の焦点距離
4. 前記正部分レンズ群を光軸に垂直な方向に移動させて、前記ズームレンズが振動したときの像の変位を補正する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。
5. 下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ２．０≦｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ３＜７．５ … （４）
   ただし、
   ｆ３Ｎ：前記負部分レンズ群の焦点距離
   ｆＧ３：前記第３レンズ群の焦点距離
6. 下記条件式（５）を満足する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。
   ３．６＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆＧ４＜1０．０ … （５）
   ただし、
   ｆ３Ｎ：前記負部分レンズ群の焦点距離
   ｆＧ４：前記第４レンズ群の焦点距離
7. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １８．０＜｜ｆ３Ｎ｜／ｆｗ＜６０．０ … （６）
   ただし、
   ｆ３Ｎ：前記負部分レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
8. 前記正部分レンズ群は接合レンズを有することを特徴とする特許請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズと、
   該ズームレンズにより形成された光学像を撮像して電気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。

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