JP6141005B2 - 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、特にスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ＴＶカメラ、そして監視用カメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系として好適なものである。

近年、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に用いる撮像光学系には、レンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）が短く、全系が小型でしかも大口径比のズームレンズであることが要求されている。これらの要求を満足するズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第４レンズ群より成るポジティブリード型の４群ズームレンズが知られている。

前述した４群ズームレンズにおいて、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第３レンズ群にて変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行う所謂インナーフォーカスタイプの４群ズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。

一般にインナーフォーカス式のズームレンズは第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、近接撮影、特に極至近撮影が容易となる。さらに、フォーカシングに際して小型軽量のレンズ群を移動させているので、レンズ群の駆動力が小さくて済み、迅速なフォーカスが容易になる等の特徴がある。

特開２００６−２０１５２４号公報 特開２００９−８６５３７号公報 特開昭５９−５２２１５号公報

近年、撮像装置の高機能化、小型化に伴って、それに用いるレンズ系には、高ズーム比で大口径、かつ撮像レンズ系全体が小型であり、さらに、色収差の少ない高い光学性能を有するズームレンズであることが強く要望されている。

一般にズームレンズにおいて、高ズーム比を確保しつつ、全系の小型化を図るためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、このように構成したズームレンズは、各レンズ面の屈折力の増加に伴いレンズ肉厚が増してしまい、全体の短縮効果が不十分になり、小型化が難しく同時に諸収差が多く発生し、これらの諸補正が困難になってくる。

ポジティブリード型のズームレンズにおいて、全系の小型化と、大口径比を確保しつつ高い光学性能を得るには、ズームレンズを構成する各要素を適切に設定することが重要となってくる。例えばズームタイプ（レンズ群の数や各レンズ群の屈折力）、各レンズ群のズーミングに伴う移動軌跡、そして各レンズ群の変倍負担等の構成を適切に設定することが重要になってくる。

これらの構成が適切でないと、大口径化を図る際に全系が大型化し、又、ズーミングに伴う諸収差の変動が増大し、全ズーム範囲、及び画面全体にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。例えば特許文献１に開示されたズームレンズでは、レンズ群構成、各レンズ群の屈折力分担等の要素が大口径化を図る際に必ずしも適切でないため、全系の小型化を維持しつつ、例えばＦナンバー２．８より大口径化を図るのが難しい。

特許文献１において、フォーカシング用の第３レンズ群の倍率を適切に設定し、フォーカス移動量を適正化すれば、第３レンズ群の小型化を図ることもできる。しかしながら大口径化を図った際、正のペッツバール和が増大し、これを十分に改善することが難しく、像面湾曲が増大する傾向となる。特許文献２、３は第１レンズ群と第３レンズ群の屈折力の比が必ずしも適切でなく、レンズ全長が増大する傾向があった。

本発明は、大口径でかつ全系が小型で、しかも広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群が不動であり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記ズームレンズは開口絞りをさらに有し、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、レンズ全長をＴＬ、望遠端における前記開口絞りから像面までの空気演算距離をＤＳＰ、記第１レンズ群に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズの材料のｄ線における屈折率とアッベ数をそれぞれｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
０．１＜ｆ１／ｆ３＜２．４
０．１０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３２
１．０＜ｆ１ｐ／ｆ１＜３．０
１．４９＜ｎｄ１ｐ＜２．００
４５＜νｄ１ｐ＜７５
なる条件式を満たすことを特徴としている。
この他、本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群が不動であり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記ズームレンズは開口絞りをさらに有し、前記第３レンズ群は１枚の正レンズからなり、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、レンズ全長をＴＬ、望遠端における前記開口絞りから像面までの空気演算距離をＤＳＰ、前記第３レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数をνｄ３とするとき、
０．１＜ｆ１／ｆ３＜２．４
０．１０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３２
３５＜νｄ３＜６５
なる条件式を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、大口径でかつ全系が小型で、しかも球面収差、コマ収差、像面湾曲などの諸収差を良好に補正した高い光学性能が容易に得られるズームレンズが実現できる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１の広角端、中間ズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１の広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２の広角端、中間ズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２の広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３の広角端、中間ズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３の広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 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、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第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第１レンズ群および第４レンズ群は不動で、第２レンズ群と第３レンズ群が移動する。ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群は像側に単調移動している。第３レンズ群が非直線的に移動している。そして広角端に比べ望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し（広く）、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が縮小する（狭くなる）ようにしている。

図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）、中間ズーム位置、望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比２．８５、開口比１．８５〜２．４０、撮影半画角６．０９度〜２．１４度程度のズームレンズである。

図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比２．８５、開口比１．８５〜１．８５、撮影半画角８．０２度〜２．８３度程度のズームレンズである。

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比１．９、開口比１．３４〜２．６０、撮影半画角３．５５度〜１．８７度程度のズームレンズである。図７は本発明のズームレンズを用いたデジタルビデオカメラの要部概略図である。図８は本発明のズームレンズを用いたネットワークカメラ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、銀塩フィルムカメラ、ＴＶカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。又各実施例のズームレンズを画像投射装置（プロジェクター）用の投射光学系として用いることもできる。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。また、レンズ断面図において、ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｂｉは第ｉレンズ群を示す。レンズ断面図において、Ｂ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｂ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｂ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｂ４は正の屈折力の第４レンズ群である。

ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束を決定（制限）する開口絞りである。Ｇは光学フィルター、フェースプレート、ローパスフィルター、赤外カットフィルターなどに相当する光学ブロックである。ＩＰは像面である。像面ＩＰは、ビデオカメラやネットワークカメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。銀塩フィルムカメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際には、フィルム面に相当する。矢印は広角端から望遠端へのズーミング（変倍）に際して、各レンズ群の移動軌跡を示している。

各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２との間隔が増大し、また第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３との間隔が縮小している。具体的には、矢印まで示す如く広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｂ２を像側へ移動させて変倍を行うとともに、変倍に伴う像面変動を第３レンズ群Ｂ３を非直線的に移動させて補正している。

さらに、第３レンズ群Ｂ３を光軸上移動させてフォーカシングを行っている。第３レンズ群Ｂ３に関する実線の曲線３ａと点線の曲線３ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカス（合焦）しているときの広角端から望遠端への変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。また望遠端のズーム位置において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印３ｃに示すように第３レンズ群Ｂ３を像側へ繰り込むことで行っている。なお、実施例１乃至実施例３において開口絞りＳＰはズーミングのためには不動であるが必要に応じて独立に又は他のレンズ群とともに移動させても良い。

収差図においてＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）であり、光線追跡値による画角である。球面収差図において、実線のｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、２点鎖線のｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）である。非点収差図で実線のΔＳと点線のΔＭは各々ｄ線におけるサジタル像面とメリディオナル像面である。歪曲収差はｄ線について示している。倍率色収差図において２点鎖線のｇはｇ線である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群（第２レンズ群Ｂ２）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。

各実施例では所定のズーム比を確保し、諸収差を良好に補正するために、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４より構成している。そして、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｂ１が撮像面に対して固定、第２レンズ群が像側へ移動して変倍を行っている。

変倍の際に結像面に対して第１レンズ群Ｂ１を固定することにより、高い位置精度を保つこと、ズーミング時のレンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）の変化を無くしている。また、可動レンズ群を少なくし、機構部品の簡素化を図っている。機構部品を簡素化することにより、ゴミ等の発生を低減することができ、高い光学性能を維持したズームレンズおよびそれを用いた撮像装置を構成している。さらに、コンバータレンズなどのアクセサリを取り付ける場合のレンズ鏡筒の強度が強くなるようにしている。

ズーミングに際して、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３を移動させることで、可動レンズ群の数を最小限として、レンズ全系の小型化や構成の簡素化を図っている。また、フォーカシングを第３レンズ群Ｂ３の移動により行う。これにより無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング時の収差変動を抑制している。特に第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４の間を略アフォーカルとなる屈折力配置を行うことで、フォーカシングに際しての諸収差、特にコマ収差の変動を抑制している。

さらにズーミングに際して、第４レンズ群Ｂ４を撮像面に対して不動とすることで、鏡筒構造の簡素化を図りつつ堅牢性を向上させている。各実施例において第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離をｆ３、レンズ全長をＴＬ、望遠端での開口絞りＳＰから像面位置までの空気演算距離（フィルター等の平行平面板を除去したときの距離）をＤＳＰとする。
このとき、
０．１＜ｆ１／ｆ３＜２．４ ・・・（１）
０．１０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３２ ・・・（２）
なる条件式を満たしている。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１と、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離ｆ３の比を規定している。条件式（１）の上限を超えて第１レンズ群Ｂ１の屈折力が小さくなると、望遠端においてレンズ全長が長くなり、全系が大型化してくる。また、変倍を行う第２レンズ群Ｂ２に対する物点が遠くなり、第２レンズ群Ｂ２の結像倍率が小さくなる。この結果、変倍比を大きくするために、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｂ２の移動量が大きくなり、全系が大型化してくる。

条件式（１）の下限を超えて第１レンズ群Ｂ１の屈折力が大きくなると、望遠端におけるレンズ全長は短縮されるが、Ｆナンバーを小さくした際、望遠側において色収差が残存してくるので、好ましくない。

条件式（２）は、ズームレンズにおける開口絞りＳＰの位置を正規化している。大口径化を図った際、開口絞りＳＰの径方向が増大する。各実施例では、条件式（２）を満たすことにより、周辺画角の光束の中心が開口絞りＳＰの中心近傍を通らない所謂、片絞り状態とならないように、開口絞りＳＰの径方向の小型化と大口径化を実現している。

条件式（２）の上限を超えると、入射瞳位置が近くなり、大口径化を図った際、広角側において開口絞りＳＰの絞り径が径方向に大型化してくるので良くない。条件式（２）の下限を超えると、特に望遠側において、第１レンズ群Ｂ１へ入射する軸外光束が光軸から離れ、第１レンズ群Ｂ１が径方向に増大してくるので良くない。

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。

０．９＜ｆ１／ｆ３＜２．０ ・・・（１ａ）
０．１５＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３０ ・・・（２ａ）
条件式（１ａ）を満たすことにより、大口径化による球面収差の発生を抑制しつつ、レンズ全長の短縮化が容易になる。また、条件式（２ａ）を満たすことにより、レンズ全長の増大を抑えつつ、高いズーム比が確保しやすくなる。更に好ましくは条件式（１ａ）、（２ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．１＜ｆ１／ｆ３＜１．８ ・・・（１ｂ）
０．２０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．２６ ・・・（２ｂ）
以上のように、条件式（１）、（２）を同時に満たすことにより、ズーム全域で高い結像性能を達成した大口径で小型なズームレンズが実現できる。

各実施例において、更に好ましくは次の条件式のうち１以上を満足するのがよい。第２レンズ群Ｂ３の焦点距離をｆ２、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離をｆ３、第４レンズ群Ｂ４の焦点距離をｆ４とする。広角端および望遠端における全系の焦点距離を各々ｆＷ、ｆＴとする。

第１レンズ群Ｂ１に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズＧ１Ｆｐの焦点距離をｆ１ｐ、正レンズＧ１Ｆｐの材料のｄ線における屈折率をｎｄ１ｐ、アッベ数をνｄ１ｐとする。また、正レンズＧ１Ｆｐの物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ１１、Ｒ１２とする。

第２レンズ群Ｂ２に含まれる負レンズの中で最も像側に配置された負レンズＧ２Ｒｎの焦点距離をｆ２ｎとする。第２レンズ群Ｂ２に含まれる正レンズの中で最も像側に配置された正レンズＧ２Ｒｐの材料のｄ線における屈折率をｎｄ２ｐ、アッベ数をνｄ２ｐとする。第２レンズ群Ｂ２の広角端および望遠端における横倍率を各々β２Ｗ、β２Ｔとする。第３レンズ群Ｂ３は１枚の正レンズよりなり、正レンズの材料のアッベ数をνｄ３とする。このとき次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

１．０＜ｆ１ｐ／ｆ１＜３．０ ・・・（３）
１．０＜ｆ２ｎ／ｆ２＜３．０ ・・・（４）
−２．０＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜２．０ ・・・（５）
１．４９＜ｎｄ１ｐ＜２．００ ・・・（６）
４５＜νｄ１ｐ＜７５ ・・・（７）
１．８＜ｎｄ２ｐ＜２．２ ・・・（８）
１５＜νｄ２ｐ＜３０ ・・・（９）
０．２＜ｆ３／ｆＴ＜１．０ ・・・（１０）
０．８＜ｆ１／ｆＷ＜３．０ ・・・（１１）
０．６＜ｆ１／ｆ４＜２．２ ・・・（１２）
１．５＜β２Ｔ／β２Ｗ＜４．０ ・・・（１３）
３５＜νｄ３＜６５ ・・・（１４）

第１レンズ群Ｂ１は、最も物体側に正レンズを配置することが望ましい。大口径化に伴う球面収差を補正しつつ、望遠化に伴うレンズ全長の短縮を図るためには、最も物体側に正レンズを配置し、第１レンズ群Ｂ１の主点位置を物体側へ近づけるのが良い。

条件式（３）は、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのうち最も物体側の正レンズＧ１Ｆｐの焦点距離ｆ１ｐを、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１で正規化したもので、第１レンズ群Ｂ１中の正レンズＧ１Ｆｐの屈折力配分を示している。条件式（３）の上限を超えて、正レンズＧ１Ｆｐの屈折力が相対的に弱くなりすぎると、光束の収斂の程度が弱くなり、第１レンズ群Ｂ１全体の径方向が増大してくる。また、望遠側において球面収差を良好に補正することが難しくなる。

条件式（３）の下限を超えて、正レンズＧ１Ｆｐの屈折力が相対的に強くなりすぎると、高次の球面収差や倍率収差が多く発生してくる。第２レンズ群Ｂ２は、最も像側に負レンズを配置することが収差補正上、望ましい。ズーミングに伴う像面湾曲の変動や非点収差を抑えつつ、望遠化に伴うレンズ全長の短縮を図るためには、第２レンズ群Ｂ２の最も像側に負レンズを配置し、第２レンズ群Ｂ２の主点位置を像側へ近づけるのが良い。

条件式（４）は、このときの第２レンズ群Ｂ２の負レンズのうち最も像側の負レンズＧ２Ｒｎの焦点距離ｆ２ｎを、第２レンズ群Ｂ２の焦点距離ｆ２で正規化したもので、第２レンズ群Ｂ２中の負レンズＧ２Ｒｎの屈折力配分を示している。

条件式（４）の上限を超えて、負レンズＧ２Ｒｎの屈折力が相対的に弱くなりすぎると、望遠端における焦点距離を長い方へ確保する際、ズーミングに伴う第２レンズ群Ｂ２の移動量が増加し、全系が大型化してくる。条件式（４）の下限を超えて、正レンズＧ２Ｒｎの屈折力が相対的に強くなりすぎると、広角側において非点収差の発生が多くなり、これを補正することが難しくなる。また、広角側において像面湾曲の波長毎のばらつきが増大してくる。

条件式（５）は、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのうち最も物体側の正レンズＧ１Ｆｐのレンズ形状（シェープファクタ）を規定している。条件式（５）は主に球面収差の発生を抑えつつ、かつコマ収差の発生も抑制するための条件である。条件式（５）の上限を超えて、正レンズＧ１Ｆｐの物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなりすぎると、広角側において球面収差を良好に補正することが困難になる。

条件式（５）の下限を超えて、正レンズＧ１Ｆｐの像側のレンズ面の曲率半径が大きくなりすぎると、正レンズＧ１Ｆｐで補正しきれずに残存する球面収差を他のレンズで補正しなければならず、第１レンズ群Ｂ１のレンズ枚数が増加し、全系が大型化してくる。

条件式（６）、（７）は、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのうち最も物体側の正レンズＧ１Ｆｐの材料のｄ線における屈折率とアッベ数を規定している。なお、材料のアッベ数νｄはフラウンホーファ線のｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
で定義される。

正レンズＧ１Ｆｐの材料が、条件式（６）、（７）の範囲外となると、球面収差やコマ収差等の単色収差と軸上色収差をバランス良く補正するのが困難になる。

条件式（８）、（９）は、第２レンズ群Ｂ２の正レンズのうち最も像側の正レンズＧ２Ｒｐの材料のｄ線における屈折率とアッベ数を規定している。条件式（８）、（９）は主に第２レンズ群Ｂ２のレンズ群内の色消しと第２レンズ群Ｂ２の薄型化を図るためのものである。

条件式（８）の上限を超えて、正レンズＧ２Ｒｐの材料の屈折率が高くなりすぎると、像面湾曲の補正が過剰となる。条件式（８）の下限を超えて、正レンズＧ２Ｒｐの材料の屈折率が低くなると、広角側において非点収差の発生を抑制することが困難となる。また、第２レンズ群Ｂ２で所定の屈折力を確保した際、収差補正のため第２レンズ群Ｂ２のレンズ枚数が増加してくる。

条件式（９）の範囲外になると、第２レンズ群Ｂ２内で色消しを行うために、正レンズＧ２Ｒｐの物体側のレンズ面および像側のレンズ面の曲率半径が小さくなり、コバ厚を確保するためにレンズ肉厚が増加し、第２レンズ群Ｂ２が大型化してくる。各実施例では第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４の間を略アフォーカルとなる構成としている。そして、第３レンズ群Ｂ３にて合焦動作（フォーカシング）を行うことで、合焦動作に伴う球面収差の変動を抑制している。

条件式（１０）は、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離ｆ３と、望遠端における全系の焦点距離ｆＴの比を規定している。条件式（１０）の上限を超えて第３レンズ群Ｂ３の屈折力が弱くなると、レンズ全長が大型化してくる。また、フォーカシングに際し、第３レンズ群Ｂ３の移動量が大きくなり、迅速なフォーカシングが難しくなる。条件式（１０）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｂ３の屈折力が強くなりすぎると、全ズーム範囲にわたり球面収差やコマ収差が補正過剰となり、好ましくない。

条件式（１１）は、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１と、広角端における全系の焦点距離ｆＷの比を規定している。条件式（１１）の上限を超えて第１レンズ群Ｂ１の屈折力が小さくなると、高ズーム比化を図るのにレンズ全長を大きくする必要があり、好ましくない。条件式（１１）の下限を超えて第１レンズ群Ｂ１の屈折力を大きくすると、高ズーム比化およびレンズ全長の短縮には有利だが、球面収差およびコマ収差の補正と色収差の補正との両立が難しく、好ましくない。

条件式（１２）は、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１と、第４レンズ群Ｂ４の焦点距離ｆ４の比を規定している。条件式（１２）を満たすことにより、バックフォーカスを所定量確保しつつ、レンズ全長の短縮を図っている。条件式（１２）の上限を超えて第１レンズ群の屈折力が小さくなると、軸外収差を軽減することができるが、大口径化を図る際、望遠側において球面収差を補正するのが困難になる。

条件式（１２）の下限を超えて第４レンズ群Ｂ４の屈折力が小さくなると、バックフォーカスを所定量確保するのが難しくなり、ズームレンズと撮像素子の間にフィルター等の光学部材を配置することが難しくなる。

さらに、条件式（１）と条件式（１２）を同時に満足すると、第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４の間を略アフォーカルとなる屈折力配置が実現しやすく、より好ましい。

条件式（１３）は第２レンズ群Ｂ２の変倍分担を規定している。ズーム比３程度のズーム比を容易に実現するためのものである。条件式（１３）の上限を超えて、望遠端での第２レンズ群Ｂ２の横倍率と広角端での第２レンズ群Ｂ２の横倍率の比が大きくなると、ズーミングに伴う収差変動が大きくなり、ズーム全域で諸収差をバランス良く補正することが困難となる。条件式（１３）の下限を超えて、望遠端での第２レンズ群Ｂ２の横倍率と広角端での第２群の横倍率の比が小さくなると、所定のズーム比を得ることが難しくなる。

条件式（１４）は、第３レンズ群Ｂ３の正レンズの材料のアッベ数を規定している。第３レンズ群Ｂ３が１つの正レンズで構成される場合、条件式（１４）の範囲外となる材料は、分散が大きく、ズーミングに際して色収差の変動を抑制することが困難となる。好ましくは条件式（３）から（１３）は、次の条件式を満足すると、好ましい。

１．１＜ｆ１ｐ／ｆ１＜２．０ ・・・（３ａ）
１．３＜ｆ２ｎ／ｆ２＜２．５ ・・・（４ａ）
−１，５＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜１．０ ・・・（５ａ）
１．５５＜ｎｄ１ｐ＜１．８５ ・・・（６ａ）
５０＜ｖｄ１ｐ＜７０ ・・・（７ａ）
１．８５＜ｎｄ２ｐ＜２．１５ ・・・（８ａ）
１６＜νｄ２ｐ＜２５ ・・・（９ａ）
０．２５＜ｆ３／ｆＴ＜０．９０ ・・・（１０ａ）
１．０＜ｆ１／ｆＷ＜２．８ ・・・（１１ａ）
０．８＜ｆ１／ｆ４＜２．０ ・・・（１２ａ）
１．６＜β２Ｔ／β２Ｗ＜３．５ ・・・（１３ａ）
４０＜νｄ３＜６０ ・・・（１４ａ）

条件式（３ａ）を満たすことにより、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのうち最も物体側の正レンズＧ１Ｆｐの球面収差の補正分担が適正となり、第１レンズ群Ｂ１の薄型化が容易になる。条件式（４ａ）を満たすことにより、望遠端における焦点距離の長焦点化を図りつつ、第２レンズ群Ｂ２を薄型化することができ、また、ズーミング時の像面湾曲の変動を軽減するのが容易になる。条件式（５ａ）を満たすことにより、大口径化を図りつつ球面収差の補正が容易になる。

条件式（６ａ）を満たすことにより、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのうち最も物体側の正レンズＧ１Ｆｐの薄型化とコマ収差の補正が容易になる。条件式（７ａ）を満たすことにより、広角側における倍率色収差と望遠側における軸上色収差の補正が容易になる。条件式（８ａ）を満たすことにより、ズーム中間域において像面湾曲の補正が容易になる。条件式（９ａ）を満たすことにより、第２レンズ群Ｂ２の薄型化とズーミングに伴う倍率色収差を軽減するのが容易になる。

条件式（１０ａ）を満たすことにより、望遠側において球面収差とコマ収差の補正が容易になり、かつ第３レンズ群Ｂ３のレンズ枚数を少なくすることが容易になる。条件式（１１ａ）を満たすことにより、高ズーム比化を図りつつ、大口径化が容易になる。条件式（１２ａ）を満たすことにより、所定の長さのバックフォーカスが容易に得られ、また、ズーミングに伴う倍率色収差の変動を軽減することが容易になる。条件式（１３ａ）を満たすことにより、高ズーム比化と全系の小型化が容易になる。

条件式（１４ａ）を満たすことにより、ズーミングに伴う色収差の変動を軽減するのが容易になる。好ましくは条件式（３ａ）乃至条件式（１４ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．２＜ｆ１ｐ／ｆ１＜１．８ ・・・（３ｂ）
１，６＜ｆ２ｎ／ｆ２＜２．０ ・・・（４ｂ）
−１．３＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜０．５ ・・・（５ｂ）
１．６＜ｎｄ１ｐ＜１．７ ・・・（６ｂ）
５５＜ｖｄ１ｐ＜６５ ・・・（７ｂ）
１．９０＜ｎｄ２ｐ＜２．１１ ・・・（８ｂ）
１７＜νｄ２ｐ＜２０ ・・・（９ｂ）
０．３０＜ｆ３／ｆＴ＜０．７５ ・・・（１０ｂ）
１．１＜ｆ１／ｆＷ＜２．５ ・・・（１１ｂ）
１．０＜ｆ１／ｆ４＜１．８ ・・・（１２ｂ）
１．７＜β２Ｔ／β２Ｗ＜３．０ ・・・（１３ｂ）
４５＜νｄ３＜５５ ・・・（１４ｂ）

各実施例では、以上のような構成とすることで広角端および望遠端におけるレンズ全長を短縮しつつ、高ズーム比化を図っている。各実施例では、前述の如く構成することにより、非球面レンズを採用することなく、広角端において像面湾曲を良好に補正している。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルビデオカメラの実施例を図７を用いて説明する。図７において、１０はカメラ本体、１１は実施例１乃至実施例３で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。１３は液晶ディスプレイ等によって構成され、固体撮像素子１２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

また、本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたネットワークカメラの実施例を図８を用いて説明する。図８において、２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至実施例３で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。このように本発明のズームレンズをデジタルビデオカメラやネットワーク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が実現できる。

尚、各実施例のズームレンズは投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系として用いることもできる。

以下、実施例１〜３に対応する数値実施例１〜３の具体的数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側から数えた面の番号を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との軸上間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。最も像側の２つの面はガラスブロックＧに相当している。

ＢＦは空気換算のバックフォーカスである。また、前述の各条件式と数値実施例との関係を（表１）に示す。各数値実施例では広角端、中間ズーム位置、望遠端における３つの焦点距離におけるＦナンバー、半画角（度）、像高、レンズ全長、ＢＦ等における値を示している。半画角は光線追跡値による半画角を示す。前述の各条件式とパラメータに対する各実施例との対応を表１に示す。

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 48.534 4.41 1.60311 60.6
2 -780.140 0.20
3 29.004 1.60 1.84666 23.8
4 19.803 6.79 1.49700 81.5
5 94.554 (可変)
6 89.689 0.80 1.83481 42.7
7 8.289 2.49 1.95906 17.5
8 13.872 2.28
9 -17.958 0.70 1.91082 35.3
10 593.130 (可変)
11 66.485 2.21 1.77250 49.6
12 -42.908 (可変)
13 24.843 2.13 1.77250 49.6
14 540.505 0.15
15 16.854 3.67 1.59522 67.7
16 -39.648 0.80 1.92286 18.9
17 30.560 4.00
18(絞り) ∞ 4.85
19 43.054 2.50 1.84666 23.8
20 -8.791 0.80 1.80100 35.0
21 7.852 0.85
22 11.358 1.81 1.63636 35.4
23 -31.736 8.09
24 ∞ 2.30 1.51400 70.0
25 ∞ 1.00
像面 ∞

各種データ
ズーム比 2.85
広角 中間 望遠
焦点距離 28.14 58.46 80.32
Fナンバー 1.85 1.97 2.40
半画角（度） 6.09 2.94 2.14
像高 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 86.45 86.45 86.45
BF 10.61 10.61 10.61

d 5 11.42 18.92 20.79
d10 16.22 8.47 2.96
d12 5.16 5.42 9.06

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 48.46
2 6 -10.20
3 11 34.06
4 13 29.85
5 24 ∞

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 121.088 3.55 1.62299 58.2
2 -96.851 0.20
3 26.184 1.60 1.84666 23.8
4 17.831 6.30 1.59522 67.7
5 46.571 (可変)
6 89.099 0.80 1.70154 41.2
7 10.169 2.61 1.95906 17.5
8 14.319 3.68
9 -19.663 0.70 1.83481 42.7
10 -137.956 (可変)
11 62.462 1.86 1.77250 49.6
12 -71.865 (可変)
13 25.796 2.35 1.77250 49.6
14 -252.749 0.15
15 14.752 3.64 1.59522 67.7
16 -57.273 0.80 1.95906 17.5
17 29.095 3.00
18(絞り) ∞ 4.65
19 21.739 2.15 1.84666 23.8
20 -11.045 0.80 1.77250 49.6
21 5.752 3.64
22 8.302 2.42 1.48749 70.2
23 -41.192 3.52
24 ∞ 2.30 1.51400 70.0
25 ∞ 1.00
像面 ∞

各種データ
ズーム比 2.85
広角 中間 望遠
焦点距離 21.30 44.06 60.63
Fナンバー 1.85 1.85 1.85
半画角（度） 8.02 3.90 2.83
像高 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 80.04 80.04 80.04
BF 6.04 6.04 6.04

d 5 2.66 13.56 16.29
d10 20.60 10.03 2.53
d12 5.86 5.53 10.30

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 51.52
2 6 -14.44
3 11 43.52
4 13 28.94
5 24 ∞

［数値実施例３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 38.475 5.29 1.60311 60.6
2 316.905 0.20
3 29.758 1.60 1.85478 24.8
4 19.117 7.53 1.49700 81.5
5 65.781 (可変)
6 53.697 1.00 1.77250 49.6
7 11.008 3.30 1.95906 17.5
8 15.008 5.01
9 -19.009 0.90 1.83481 42.7
10 -1071.173 (可変)
11 59.276 5.31 1.80400 46.6
12 -43.689 (可変)
13 42.239 6.29 1.59522 67.7
14 -27.325 1.10 2.00069 25.5
15 4691.232 0.20
16 23.613 5.00 1.60311 60.6
17 -86.256 0.90 2.00069 25.5
18 266.706 7.00
19(絞り) ∞ 7.81
20 13.476 1.69 1.85478 24.8
21 54.125 0.80 1.80610 40.9
22 6.714 1.06
23 7.379 1.88 1.64769 33.8
24 16.618 5.78
25 ∞ 2.30 1.51400 70.0
26 ∞ 1.00
像面 ∞

各種データ
ズーム比 1.90
広角 中間 望遠
焦点距離 48.38 77.46 91.88
Fナンバー 1.34 2.34 2.60
半画角（度） 3.55 2.22 1.87
像高 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 104.17 104.17 104.17
BF 8.30 8.30 8.30

d 5 12.67 16.56 17.53
d10 14.81 6.33 2.58
d12 4.53 9.12 11.90

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 55.46
2 6 -13.24
3 11 32.02
4 13 52.60
5 25 ∞

Ｂ１…第１レンズ群 Ｂ２…第２レンズ群 Ｂ３…第３レンズ群
Ｂ４…第４レンズ群

Claims (9)

1. 物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群が不動であり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
   広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記ズームレンズは開口絞りをさらに有し、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、レンズ全長をＴＬ、望遠端における前記開口絞りから像面までの空気演算距離をＤＳＰ、記第１レンズ群に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズの材料のｄ線における屈折率とアッベ数をそれぞれｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
   ０．１＜ｆ１／ｆ３＜２．４
   ０．１０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３２
   １．０＜ｆ１ｐ／ｆ１＜３．０
   １．４９＜ｎｄ１ｐ＜２．００
   ４５＜νｄ１ｐ＜７５
   なる条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
2. 物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群が不動であり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
   広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記ズームレンズは開口絞りをさらに有し、前記第３レンズ群は１枚の正レンズからなり、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、レンズ全長をＴＬ、望遠端における前記開口絞りから像面までの空気演算距離をＤＳＰ、前記第３レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数をνｄ３とするとき、
   ０．１＜ｆ１／ｆ３＜２．４
   ０．１０＜ＤＳＰ／ＴＬ＜０．３２
   ３５＜νｄ３＜６５
   なる条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群に含まれる負レンズの中で最も像側に配置された負レンズの焦点距離をｆ２ｎ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   １．０＜ｆ２ｎ／ｆ２＜３．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズの物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲ１１、Ｒ１２とするとき、
   −２．０＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜２．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群に含まれる正レンズの中で最も像側に配置された正レンズの材料のｄ線における屈折率とアッベ数をそれぞれｎｄ２ｐ、νｄ２ｐとするとき、
   １．８＜ｎｄ２ｐ＜２．２
   １５＜νｄ２ｐ＜３０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動し、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとするとき、
   ０．２＜ｆ３／ｆＴ＜１．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 広角端における全系の焦点距離をｆＷとするとき、
   ０．８＜ｆ１／ｆＷ＜３．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
   ０．６＜ｆ１／ｆ４＜２．２
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１乃至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って形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。