JP2010139725A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズにおいて、少ないレンズ枚数で小型に構成しながら、高倍率化や広角化を図り、良好な色収差の補正と優れた像面特性を両立させる。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、移動して変倍を行う負の第２レンズ群Ｇ２、絞り、正の第３レンズ群Ｇ３、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の第４レンズ群Ｇ４を備える。第２レンズ群Ｇ２は物体側から順に、第１の負レンズＬ２１と、少なくとも１面の非球面を有する第２の負レンズＬ２２と、正レンズＬ２３とを含む。第２の負レンズＬ２２のアッベ数に関する条件式（１）と、第１の負レンズＬ２１と第２の負レンズＬ２２の間隔に関する条件式（２）と、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と全系の焦点距離に関する条件式（３）とを満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、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、民生用ビデオカメラや監視用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズとして、４群タイプや５群タイプのズームレンズが多く提案されてきた。例えば、特許文献１〜３には、１０倍程度の変倍比と１．８程度のＦナンバーを有するズームレンズが開示されており、特許文献４には、１０倍程度の変倍比と２．８程度のＦナンバーを有するズームレンズが開示されている。この種のタイプでは、単板式、３板式に関わらず、第１レンズ群が３枚からなり、第２レンズ群が３枚からなる構成が多くのズームレンズに共通して採用されてきた。より詳しくは、特許文献１〜４には、第１レンズ群が物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズの３枚の球面レンズからなり、第２レンズ群が物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚の球面レンズからなるズームレンズが記載されている。
特開２００６−２２１２０８号公報 特開２００６−１１３２５７号公報 特開２００６−３０１１９３号公報 特開２００５−３４５７１４号公報

ところで、近年では、民生用ビデオカメラなどに用いられるズームレンズにおいて、従来からある小型化の要求に加えて、高倍率化や広角化への要求が高まっている。高倍率化や広角化を図る際の課題の１つとして、色収差補正が挙げられる。同じレンズ構成のままで、変倍比を上げようとすると、その分、望遠端での色収差が増大する。また、広角化を図る場合にも、色収差を抑えることが非常に困難になるという問題がある。

従来、上記分野の多くのズームレンズでは、第２レンズ群が比較的、屈折率が高い材料で構成されている場合が多く、屈折率が高い材料を用いることで変倍時の移動量を小さくできる。しかしながら、高屈折率材料は一般に高分散材料でもある。変倍比が小さい場合や、画角が小さい場合には、第２レンズ群に低分散材料を用いなくても色収差をある程度抑えることができるが、ある程度の画角や変倍比を上回って高倍率化や広角化を図ろうとすると、色収差の補正が難しくなる。

そこで、例えば、第２レンズ群中に低分散材料を用いることが考えられる。第２レンズ群中に低分散材料を用いた例が特許文献３や特許文献４に示されている。しかしながら、特許文献３や特許文献４のように、第２レンズ群中に低分散材料を用いると、低分散材料は一般に低屈折率材料であるため、レンズの曲率が大きくなってしまい、変倍時の収差変動が大きくなってしまうという問題が生じる。つまり、第２レンズ群に低分散材料を用いると、色収差を良好に抑えることはできても、像面補正には不利になってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少ないレンズ枚数で小型に構成しながら、高倍率化または広角化が図られ、色収差が良好に補正されているとともに、優れた像面特性を有する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、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、第２レンズ群が、物体側から順に、第１の負レンズと、少なくとも１面の非球面を有する第２の負レンズと、正レンズとを含み、第２の負レンズのｄ線におけるアッベ数をν２２とし、第１の負レンズの物体側の面から第２の負レンズの像側の面までの光軸上の距離をＤ２ａとし、第１の負レンズの像側の面から第２の負レンズの物体側の面までの光軸上の距離をＤ２ｂとし、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）〜（３）を満たすことを特徴とするものである。
６８．０＜ν２２＜８３．０ … （１）
０．６８＜Ｄ２ｂ／Ｄ２ａ＜０．８５ … （２）
１．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９ … （３）

なお、本発明において、各「レンズ群」は、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。

本発明のズームレンズでは、第２レンズ群の第２の負レンズの材料を条件式（１）を満たすような低分散材料となるように選択することで、良好な色収差補正を図り、そしてこの第２の負レンズに非球面を設けることで、優れた像面特性を図り、従来、高倍率化や広角化を進める上で課題となっていた良好な色収差補正と像面補正との両立を図るようにしている。また、第２レンズ群中の２枚の負レンズの距離が条件式（２）を満たすように２枚の負レンズを配置することで、第２の負レンズが条件式（１）を満たすような低分散材料で構成されていても、個々のレンズの曲率を極端に大きくすることなく、第２レンズ群に必要とされるパワーを確保し、小型化を図るようにしている。さらに、条件式（３）を満たすことで、小型化および良好な光学性能を図るようにしている。

本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の上記正レンズのｄ線におけるアッベ数をν２３としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
ν２３＜２１．０ … （４）

また、本発明のズームレンズにおいては、第２の負レンズの焦点距離をｆ２２としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
１．７＜ｆ２２／ｆ２＜２．４ … （５）
ここで、上記ｆ２２は、近軸領域におけるものとする。

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
５．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜６．０ … （６）

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群が、１枚の負レンズと、３枚の正レンズとから構成されるようにしてもよい。

なお、各条件式の値は、特に断りがない限り、ズームレンズの基準波長におけるものである。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２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い、それによる像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第２レンズ群の構成を好適に設定し、条件式（１）〜（３）を満たすようにしているため、高倍率化や広角化を図った場合でも、色収差補正と像面補正との両立を実現することができ、少ないレンズ枚数で小型に構成可能で、良好な光学性能を有する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ができる。

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７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〜実施例７のズームレンズに対応している。図１〜図７に示す例の基本的な構成は同様であり、各図の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。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Ｚに沿って、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、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とを備えている。

このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍を行う際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚに沿って移動させることにより行うように構成されている。

図１では、左側が物体側、右側が像側であり、上段に広角端におけるレンズ配置を示し、下段に望遠端におけるレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。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。

また、図１では像面をＳｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像素子が搭載された撮像装置に適用する際には、像面Ｓｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。

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、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、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く、図１では、最も像側のレンズ群と像面Ｓｉｍとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、主に第２レンズ群Ｇ２に特徴的な構成を有している。第２レンズ群Ｇ２は、図１に示す例のように、物体側から順に、負レンズＬ２１と、少なくとも１面が非球面の負レンズＬ２２と、正レンズＬ２３とを含むように構成される。

例えば図１に示す例のズームレンズの第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズＬ２１と、両面が非球面で近軸領域において両凹形状の負レンズＬ２２と、メニスカス形状の正レンズＬ２３とからなる３群３枚構成である。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、負レンズＬ２２のｄ線におけるアッベ数をν２２とし、負レンズＬ２１の物体側の面から負レンズＬ２２の像側の面までの光軸上の距離をＤ２ａとし、負レンズＬ２１の像側の面から負レンズＬ２２の物体側の面までの光軸上の距離をＤ２ｂとし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）〜（３）を満たすように構成されている。
６８．０＜ν２２＜８３．０ … （１）
０．６８＜Ｄ２ｂ／Ｄ２ａ＜０．８５ … （２）
１．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９ … （３）

条件式（１）は、良好な色収差補正を行うための条件である。変倍比が１０倍程度の従来のズームレンズに対し、さらなる高倍率化や広角化を図る際には、色収差補正が問題となるため、負レンズＬ２２の材料に条件式（１）を満たす低分散材料を用いることが必要となる。条件式（１）の下限以下になると、ズーム全域にわたって倍率色収差を良好に補正することが困難になる。条件式（１）の上限以上になると、特定の変倍域、もしくは、特定の波長域の色収差補正に偏りやすくなり、全変倍域にわたってバランス良く色収差補正を行うことが難しくなってしまう。

このように、色収差補正のためには、負レンズＬ２２に条件式（１）を満たす材料を用いることが好ましいが、一方で、条件式（１）を満たすような低分散材料は、屈折率が低いため、レンズの曲率が大きくなりやすく、倍率ごとや画角ごとの像面をそろえることが難しくなってしまう。

そこで、本ズームレンズでは、負レンズＬ２２に非球面を設けること、および、負レンズＬ２１と負レンズＬ２２とを条件式（２）を満足するように配置することで、良好な色収差補正と像面補正とを両立させるようにしている。

第２レンズ群Ｇ２中に、設計自由度の高い非球面を設けて、非球面形状を適切に設定することで、良好な色収差補正および像面補正を両立させることが容易になる。なお、第２レンズ群Ｇ２中の非球面を設けるレンズは、以下に述べる理由から、負レンズＬ２２とすることが好ましい。

小型化および低コスト化のためにはレンズ枚数を増やさないことが好ましいため、従来多く採用されている、物体側から順に、負、負、正のパワー配置の３枚のレンズからなる第２レンズ群Ｇ２を採用することが前提となる。このような第２レンズ群Ｇ２において、非球面を設けることを考えると、収差補正上、負レンズに適用することが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２の変倍時の移動量を小さくして系の小型化を図るためには、第２レンズ群Ｇ２が強い負のパワーを持つことが好ましく、そのためには第２レンズ群Ｇ２の個々の負レンズのパワーも許容可能な範囲で強い方が好ましい。

しかしながら、負レンズＬ２２には低分散材料が用いられることから、仮に負レンズＬ２２のパワーを強くしようとすると、このレンズの曲率を大きくしなくてはならないため、変倍時の収差変動や製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が大きくなり好ましくない。したがって、第２レンズ群Ｇ２の負レンズに強いパワーを持たせるのであれば、負レンズＬ２２よりも負レンズＬ２１に強いパワーを持たせることが好ましい。ここで、パワーの強いレンズに非球面を設けると、製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が大きくなりやすく好ましくないため、負レンズＬ２１よりも負レンズＬ２２に非球面を設けることがより好ましい。

なお、収差補正上、強いパワーをもつ負レンズＬ２１の材料は高屈折率材料とすることが好ましい。高屈折率材料が好ましい負レンズＬ２１と、低分散材料からなる負レンズＬ２２のうち、どちらのレンズに非球面を設けるのが有利かについて考察する。低分散材料は一般に低屈折率であるため、負レンズＬ２２の材料として、高屈折率でありながら、所望の色収差補正を実現できる材料は、現存の光学材料の範囲では極めて少なく、選択性が乏しいものとなるため、負レンズＬ２２に設計自由度が高く収差補正効果の高い非球面を設けることが有利と考えられる。

また、負レンズＬ２１の像側のレンズ面は曲率が大きくなりやすく、その曲率は負レンズＬ２２の面の曲率よりも大きくなりやすい傾向にあるため、加工性の点からも負レンズＬ２２の方を非球面レンズとする方が好ましい。さらに、負レンズＬ２２の方が負レンズＬ２１よりもレンズ外径が小さいため、低コスト化できることから、コスト上も負レンズＬ２２に非球面を設ける方が好ましい。

条件式（２）は、負レンズＬ２１と負レンズＬ２２の空気間隔に関する式であり、この空気間隔を、負レンズＬ２１の物体側の面から負レンズＬ２２の像側の面までの光軸上の距離で規格化したものである。従来のズームレンズでは、第２レンズ群中の２枚の負レンズを近づけたものが多く、そのような構成で第２レンズ群に強い負のパワーを持たせるには、個々の負レンズのパワーを強くし、それに伴ってレンズの曲率を大きくしなくてはならなかった。レンズの曲率を大きくすると、変倍に伴う収差変動が大きくなってしまい、また、レンズの製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が大きくなってしまい、好ましくなかった。

そこで、本ズームレンズでは、条件式（２）を満たすように、第２レンズ群が巨大化しない程度に２つの負レンズＬ２１、Ｌ２２を離して配置するようにしている。２つの負レンズＬ２１、Ｌ２２の空気間隔が大きいほどこれらの合成パワーは強くなることから、２つの負レンズＬ２１、Ｌ２２の空気間隔を大きくすれば、個々のレンズにそれほど強いパワーを持たせなくても、第２レンズ群Ｇ２に強い負のパワーを持たせることができる。本ズームレンズによれば、条件式（１）を満たすような低分散材料を２レンズ群Ｇ２に用いた場合でも、条件式（２）を満たすように負レンズＬ２１と負レンズＬ２２を配置することにより、必ずしもこれらのレンズの曲率を大きくすることなく、第２レンズ群Ｇ２の変倍時の移動量を小さくして系の小型化を図ることが可能になる。

したがって、条件式（２）の下限以下になると、２枚の負レンズＬ２１、Ｌ２２が近づきすぎて上記のような理由から好ましくない。条件式（２）の上限以上になると、第２レンズ群Ｇ２の大型化、および光学系全体の大型化を招いてしまい、好ましくない。

条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の関係を規定しており、いわば、全系のパワーに対する第２レンズ群Ｇ２のパワーの比を規定するものである。

条件式（３）の下限以下になるほど第２レンズ群Ｇ２のパワーを強くすると、個々のレンズが担うパワーが強くなりすぎ、良好な像面特性を得ることが困難になる。上述したように、第２レンズ群Ｇ２に低屈折率材料を用いている場合には、特に、レンズの曲率が大きくなり、変倍時の収差変動や製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が大きくなり、好ましくない。条件式（３）の上限以上になると、変倍時の第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、レンズ系が大型化してしまう。

なお、第２レンズ群Ｇ２の構成は、図１に示す例に限定されない。図１には、第２レンズ群Ｇ２が３枚の単レンズからなる例を示しているが、図５の構成例に示すように、負レンズＬ２２と正レンズＬ２３とを貼り合わせて接合レンズとしてもよい。また、第２レンズ群Ｇ２を４枚以上のレンズで構成することも考えられるが、小型化を重視する場合は、第２レンズ群Ｇ２は、上述した負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３からなる３枚で構成することが好ましい。

本ズームレンズの第１レンズ群Ｇ１の構成としては、１枚の負レンズと、３枚の正レンズとから構成されることが好ましい。２０倍程度の高倍率を有するズームレンズにおいて、望遠側における色収差補正を良好に行うためには、第１レンズ群Ｇ１を少なくとも４枚で構成することが好ましい。

例えば図１に示す例のズームレンズは、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズＬ１１およびメニスカス形状の正レンズＬ１２の貼り合わせによる接合レンズと、両凸形状の正レンズＬ１３と、メニスカス形状の正レンズＬ１４とからなる３群４枚構成である。なお、像側から２番目の正レンズＬ１３は、図２、図６、図７の構成例に示すようにメニスカス形状とすることもできる。

第３レンズ群Ｇ３の構成としては、例えば図１に示す例のように、両面非球面で近軸領域においてメニスカス形状の正レンズＬ３１と、メニスカス形状の正レンズＬ３２およびメニスカス形状の負レンズＬ３３の接合レンズとからなる２群３枚構成としてもよい。

第４レンズ群Ｇ４の構成としては、例えば図１に示す例のように、両凸形状の正レンズＬ４１およびメニスカス形状の負レンズＬ４２の接合レンズと、両面非球面で近軸領域において両凸形状の正レンズＬ４３とからなる２群３枚構成としてもよい。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下の条件式を満たすように構成することが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式のいずれか１つの式を満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。以下に、好ましい態様に関する条件式と、その作用効果について述べる。

第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ２３のｄ線におけるアッベ数をν２３としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
ν２３＜２１．０ … （４）

条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２が有する正レンズＬ２３のアッベ数を規定している。条件式（４）の上限以上になると、倍率色収差が大きくなってしまう。

第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２２の焦点距離をｆ２２とし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
１．７＜ｆ２２／ｆ２＜２．４ … （５）

条件式（５）は、負レンズＬ２２と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の関係を規定しており、いわば第２レンズ群Ｇ２のパワーに対する負レンズＬ２２のパワーの比を規定するものである。条件式（５）の下限以下になると、負レンズＬ２２のパワーが強くなり、それに伴って負レンズＬ２２の曲率も大きくなり、変倍伴う収差変動が大きくなってしまう。条件式（５）の上限以上になると、コマ収差の補正が困難になる。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
５．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜６．０ … （６）

条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の関係を規定しており、高変倍でありながら、コンパクトで、良好な光学性能を得るための条件である。条件式（６）の下限以下になるほど、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が小さくなると、変倍に伴う第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、レンズ系の全長や前玉（最も物体側のレンズ）を小さくすることが難しくなる。また、望遠側での第４レンズ群Ｇ４の移動量が大きくなり、変倍時の収差変動が大きくなってしまう。条件式（６）の上限以上になると、ディストーションなどの諸収差を良好に補正することが困難になる。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下の条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（５−１）、（６−１）のいずれかあるいは全てを満足することがより好ましい。条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（５−１）、（６−１）それぞれを満たすことで、条件式（１）、（２）、（３）、（５）、（６）それぞれを満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
７０．０＜ν２２＜７８．０ … （１−１）
０．７１＜Ｄ２ｂ／Ｄ２ａ＜０．８３ … （２−１）
１．５５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．８５ … （３−１）
１．８＜ｆ２２／ｆ２＜２．３ … （５−１）
５．１＜｜ｆ１／ｆ２｜＜５．９ … （６−１）

また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

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膜を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍ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。

以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、少ないレンズ枚数で小型に構成しながら、高倍率化や広角化を図った場合でも、良好な色収差と優れた像面特性を両立させることができる。

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〜実施例７のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図７に示したものである。

実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズーム（変倍）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２〜７にかかる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２１に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜７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は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ｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉ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、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としており、面間隔の最下欄の数値は表中の最終面と像面Ｓｉｍとの面間隔を示している。

また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊ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、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素の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および光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には、面番号とともに（開口絞り）という語句を記載している。

表１の基本レンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤ７、Ｄ１３、Ｄ１９、Ｄ２４の符号を記載し、各符号の後に（可変）と記載している。後述の実施例についても同様に、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には対応する符号と（可変）という語句を記載している。

表２のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω、変倍に伴い変化する各面間隔Ｄ７、Ｄ１３、Ｄ１９、Ｄ２４の値を示す。

表１の基本レンズデータでは、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、非球面レンズであるレンズの符号と、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−０ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０^−ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＡ_ｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＲＡ_ｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
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、ＲＡ_ｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）

なお、ここでは一例として、表１〜表３における長さの単位に「ｍｍ」を用い、角度の単位に「度」を用い、式（Ａ）のＺｄ、ｈの単位に「ｍｍ」を用いている。しかし、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

表２２に、実施例１〜７における条件式（１）〜（６）に対応する値を示す。表２２からわかるように、実施例１〜７のいずれも、条件式（１）〜（６）を満足している。

図８（Ａ）〜図８（Ｈ）に実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には波長４６０．０ｎｍ、波長６１５．０ｎｍについての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図９（Ａ）〜図９（Ｈ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｈ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｈ）に、実施例２〜７のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。

以上のデータから、実施例１〜７のズームレンズは、少ないレンズ枚数で小型に構成され、２０倍程度の高倍率を有し、広角端における全画角は６４〜６７度程度で、Ｆナンバーが１．９程度と小さく、色収差を含む各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。

図１５に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１５では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示し、変倍時に移動する第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４の上には両矢印を付している。

ビデオカメラ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ローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子４と、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子４としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子４は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子４の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子４からの出力信号が信号処理回路５にて演算処理され、表示装置６に像が表示される。

なお、図１５には、１つの撮像素子４を用いた、いわゆる単板式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ１と撮像素子４の間にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する３つの撮像素子を用いた、いわゆる３板式のものでもよい。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は、高倍率化や広角化が図られ、小型に構成可能であり、かつ色再現性の良い高画質の映像を得ることができる。

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。

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 本発明の実施例６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７にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 図８（Ａ）〜図８（Ｈ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｈ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図 図１３（Ａ）〜図１３（Ｈ）は本発明の実施例６のズームレンズの各収差図 図１４（Ａ）〜図１４（Ｈ）は本発明の実施例７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

符号の説明

１ ズームレンズ
２ フィルタ
４ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
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
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (6)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、
   前記第２レンズ群が、物体側から順に、第１の負レンズと、少なくとも１面の非球面を有する第２の負レンズと、正レンズとを含み、
   前記第２の負レンズのｄ線におけるアッベ数をν２２とし、前記第１の負レンズの物体側の面から前記第２の負レンズの像側の面までの光軸上の距離をＤ２ａとし、前記第１の負レンズの像側の面から前記第２の負レンズの物体側の面までの光軸上の距離をＤ２ｂとし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）〜（３）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   ６８．０＜ν２２＜８３．０ … （１）
   ０．６８＜Ｄ２ｂ／Ｄ２ａ＜０．８５ … （２）
   １．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．９ … （３）
2. 前記正レンズのｄ線におけるアッベ数をν２３としたとき、下記条件式（４）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。
   ν２３＜２１．０ … （４）
3. 前記第２の負レンズの焦点距離をｆ２２としたとき、下記条件式（５）を満たす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。
   １．７＜ｆ２２／ｆ２＜２．４ … （５）
4. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（６）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。
   ５．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜６．０ … （６）
5. 前記第１レンズ群が、１枚の負レンズと、３枚の正レンズとから構成され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。
6. 請求項１から５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。

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