(57)【要約】    【課題】  レンズ系全体を小型化し、簡易な構成にもかかわらず高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する撮像装置を得ること。    【解決手段】  物体側より像側へ順に、ズーミングの為には光軸上不動で正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミングの為に光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、ズーミングに際し第１レンズ群Ｌ１との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、ズーミングに際して光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有するズームレンズであって、第１レンズ群Ｌ１が、１枚の正レンズより成り、第３レンズ群Ｌ３が、１枚以上の負のレンズと１枚以上の正レンズを有し、該第４レンズ群は１枚の正レンズより成ること。【選択図】    図１
2005107203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より像側へ順に、ズーミングの為には光軸上不動で正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングの為に光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し該第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際して光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズであって、該第１レンズ群は、１枚の正レンズより成り、該第３レンズ群は、１枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズを有し、該第４レンズ群は１枚の正レンズより成ることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
物体側より像側へ順に、ズーミングの為には光軸上不動で正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングの為に光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し該第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際して光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズであって、該第１レンズ群は、１枚の正レンズより成り、該第１レンズ群を構成する正レンズの材料の屈折率を１Ｇｎ、該第３レンズ群の最も物体側の正レンズの材料の屈折率を３Ｇｎとするとき、
１．５０＜１Ｇｎ＜１．７９
１．６７＜３Ｇｎ
の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項３】
物体側より像側へ順に、ズーミングの為には光軸上不動で正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングの為に光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し該第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際して光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズであって、該第１レンズ群は、１枚の正レンズより成り、該第３レンズ群の光軸上の厚さを３ＢＤ、該第４レンズ群の光軸上の厚さを４ＢＤとするとき、
０．１２＜４ＢＤ／３ＢＤ＜０．７１
の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項４】
前記第４レンズ群は１枚の正レンズより成ることを特徴とする請求項２又は３のズームレンズ。
【請求項５】
前記第４レンズ群は、光軸上移動してフォーカシングをおこなうことを特徴とする請求項１、２、３又は４のズームレンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群を構成する正レンズは、物体側の面が凸形状であり、像側の面が凹形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項７】
前記第４レンズ群は最も物体側の面が凸形状であり、最も像側の面が凹形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項８】
前記第３、第４レンズ群の焦点距離を各々ｆ３、ｆ４とするとき、
０．２１＜ｆ３／ｆ４＜２．３４
の条件式を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項９】
前記第１レンズ群を構成する正レンズの材料の屈折率を１Ｇｎ、前記第３レンズ群の最も物体側の正の屈折力のレンズの材料の屈折率を３Ｇｎとするとき、
１．５０＜１Ｇｎ＜１．７９
１．６７＜３Ｇｎ
の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は３のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第４レンズ群は、非球面を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１１】
前記第３レンズ群の光軸上の厚さを３ＢＤ、該第４レンズ群の光軸上の厚さを４ＢＤとするとき、
０．１２＜４ＢＤ／３ＢＤ＜０．７１
の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
【請求項１２】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の間隔をＬＶとするとき、
０．４２＜｜ｆ２｜／ＬＶ＜０．９１
の条件式を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１３】
固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特にビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯端末（ＰＤＡ）、フィルム用カメラ、放送用カメラ等の撮像装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられているズームレンズとして、物体側より像側へ順に、ズーミング及びフォーカスの為には不動で正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力を有し、光軸上を移動して変倍作用を有する第２レンズ群、ズーミング及びフォーカスの為には不動の正の屈折力の第３レンズ群、及びズーミング及びフォーカスの為に光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群より成る所謂４群ズームレンズが知られている（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１、２では、第１レンズ群を負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズとを接合した接合レンズそして正の屈折力のレンズより構成している。
【特許文献１】特開２０００−１９１９４０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９１９４１号公報
【特許文献３】特開平１１−３０５１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年ますます高性能でありながら小型で安価なズームレンズ及びこれを用いた撮像装置が要求されている。
【０００５】
一般にズームレンズにおいて、各レンズ群の屈折力を強めれば所定の変倍比を得る為の各レンズ群の移動量が少なくなり、レンズ全長の短縮化が可能となる。
【０００６】
しかしながら単に各レンズ群の屈折力を強めるとズーミングに伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが難しくなってくる。
【０００７】
又、ズームレンズにおいて、第１レンズ群以外のレンズ群でフォーカスを行う所謂リアフォーカス方式を採用するとレンズ系全体が小型化されるが、反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般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。
【０００８】
本発明は、レンズ系全体を小型化し、簡易なレンズ構成にもかかわらず高い光学性能を有した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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、物体側より像側へ順に、ズーミングの為には光軸上不動で正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングの為に光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し該第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際して光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズであって、
例えば、該第１レンズ群は、１枚レンズより成り、該第３レンズ群は、１枚以上の負レンズと１枚以上の正レンズを有し、該第４レンズ群は１枚の正レンズより成ること、
又は該第１レンズ群は、１枚の正レンズより成り、該第１レンズ群を構成する正レンズの材料の屈折率を１Ｇｎ、該第３レンズ群の最も物体側の正レンズの材料の屈折率を３Ｇｎとするとき、
１．５０＜１Ｇｎ＜１．７９
１．６７＜３Ｇｎ
の条件式を満足すること、
又は該第１レンズ群は、１枚の正レンズより成り、該第３レンズ群の光軸上の厚さを３ＢＤ、該第４レンズ群の光軸上の厚さを４ＢＤとするとき、
０．１２＜４ＢＤ／３ＢＤ＜０．７１
の条件式を満足すること、
等を特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のズームレンズは、４群ズームレンズにおいて、前述の如く各レンズ群を設定することによって、レンズ系全体の小型化を図りつつ、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
【実施例】
【００１２】
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。
【００１３】
図１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）におけるレンズ断面図、図２、図３、図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
【００１４】
図５は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００１５】
図９は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ（撮像装置）の要部概略図である。
【００１６】
図１０は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ（撮像装置）要部概略図である。
【００１７】
各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置している。
【００１８】
Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。
【００１９】
収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリジオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００２０】
各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように、第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて変倍を行うと共に、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡を有するよう移動させて補正している。
【００２１】
又、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているとき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。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の移動軌跡とすることで第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００２２】
各実施例では、例えば望遠端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４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３は、ズーミング及びフォーカスの為には光軸方向に固定とし、鏡筒構造を単純にし、静圧に強い鏡筒構造としている。尚、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３は固定であるが収差補正上必要に応じて移動させてもよい。
【００２３】
開口絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に配置され、ズーミングに際し第３レンズ群Ｌ３と一体で移動することでメカ構造の簡素化を達成している。
【００２４】
各実施例では、レンズ径が大型になりやすい第１レンズ群Ｌ１を１枚の正レンズのみで構成し、レンズ全長とレンズ径の小型化を実現している。この第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズの物体側のレンズ面は物体側に凸形状を有しており、像側のレンズ面が像側に凹形状を有している。このように第１レンズ群Ｌ１のレンズ形状を特定することにより望遠端でディストーションがプラス側に大きくなるのを抑えている。
【００２５】
第２レンズ群Ｌ２は、物体側のレンズ面が凸でメニスカス形状の負の屈折力のレンズ、物体側と像側のレンズ面が凹形状の負の屈折力のレンズと正レンズとを接合した接合レンズより成っている。これによってズーミングに伴う収差変動を良好に補正している。
【００２６】
第３レンズ群Ｌ３は、物体側のレンズ面が凹形状の負の屈折力の第３２レンズとその物体側に隣接して物体側と像側のレンズ面が凸形状の正の屈折力の第３１レンズを配置したことにより色収差の補正と球面収差の補正、そしてコマ収差の補正を良好に行っている。
【００２７】
又実施例１においては、第３２レンズの像面側に更に正の屈折力の第３３レンズを配置し、諸収差の補正を更に良好に行っている。
【００２８】
第４レンズ群Ｌ４は、像側のレンズ面が凹形状であり、物体側のレンズ面が凸形状である１つの正の屈折力のレンズより成っている。
【００２９】
各実施例では、第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズの材料の屈折率を１Ｇｎ、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の正レンズの材料の屈折率を３Ｇｎ、第３レンズ群Ｌ３の光軸上の厚さ（第３レンズ群Ｌ３の物体側のレンズ面から像側のレンズ面までの長さ）を３ＢＤ、第４レンズ群Ｌ４の光軸上の厚さを４ＢＤ、第ｉレンズ群Ｌｉの焦点距離をｆｉ、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の間隔をＬＶとするとき、
１．５０＜１Ｇｎ＜１．７９      ・・・・・（１）
１．６７＜３Ｇｎ                ・・・・・（２）
０．１２＜４ＢＤ／３ＢＤ＜０．７１  ・・・（３）
０．４２＜｜ｆ２｜／ＬＶ＜０．９１  ・・・（４）
０．２１＜ｆ３／ｆ４＜２．３４      ・・・（５）
の条件式のうち１以上を満足している。
【００３０】
条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズの材料の屈折率に関するものである。上限を超えて屈折率が高くなると低分散の材質でなくなり色収差の補正が困難となる。さらに望ましくは上限を１．７７またさらには１．７５にするとよい。下限を超えて屈折率が低くなると中間像高でサジタル像面がアンダーとなり高性能化が困難となる、さらに下限を１．５５さらに１．５８又さらには１．６０にするとよりよい。
【００３１】
条件式（２）は第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の正レンズの材料の屈折率に関するものである。下限を超えて屈折率が低くなると中間像高でサジタル像面がアンダーとなり高性能化が困難となる、さらに下限を１．６９さらに１．７１にするとよりよい。
【００３２】
条件式（３）は第３レンズ群Ｌ３の光軸上の厚さ３ＢＤと第４レンズ群Ｌ４の光軸上の厚さ４ＢＤの比に関するものであり、上限を超えると第３レンズ群Ｌ３の光軸上の厚さが薄くなりすぎて第３レンズ群Ｌ３での球面収差の補正と像面彎曲収差の補正を両立させることが困難になり、又第４レンズ群Ｌ４で残存収差を補正するために第４レンズ群Ｌ４を多数のレンズで構成することになり好ましくない。さらに望ましくは上限を０．６５さらには０．５７にするとよい、下限を超えると第３レンズ群Ｌ３の光軸上の厚さが厚くなりすぎレンズ全長の小型化が困難となる、さらに望ましくは下限を０．１４さらには０．１６にするとよい。
【００３３】
条件式（４）は第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の間隔（軸上間隔）ＬＶに対する第２レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ２の比に関するものである。上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が弱くなるか、間隔ＬＶが小さくなると十分な変倍比が得られなくなる。さらに望ましくは上限を０．８３またさらには０．７６にするとよい。
【００３４】
下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が強くなるか、間隔ＬＶが大きくなり第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が強くなった場合は、製造誤差で第２レンズ群Ｌ２が傾いたときの片ボケによる性能劣化が大きくなり高画質化が困難になる。特に間隔ＬＶが大きくなりすぎるとレンズ全長が大きくなるのでよくない。さらに望ましくは下限を０．４６またさらには０．５１にするとよい。
【００３５】
条件式（５）は第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の焦点距離の比に関するものである。上限を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が大きくなすぎると、ズーミング時に移動する第４レンズ群Ｌ４の偏心による性能劣化が大きくなり高性能化が困難になる。さらに望ましくは上限を１．８７さらには１．５１にするとよい。下限を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が弱くなりすぎると、ズーミング時あるいはフォーカス時の第４レンズ群Ｌ４の移動ストロークが大きくなりレンズ全長の小型化が困難となる、さらに望ましくは下限を０．２７さらには０．３５にするとよい。
【００３６】
以下に、実施例１、２に各々対応する数値実施例１、２を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。又、数値実施例１、２では最も像側の５つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する平面である。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、
【００３７】
【数１】
2005107203.tif 000003
【００３８】
で表される。但しＲは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面係数である。
【００３９】
又、[ｅ−Ｘ]は「×１０−Ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
【００４０】
【数２】
2005107203.tif 000004
【００４１】
【数３】
2005107203.tif 000005
【００４２】
【表１】
2005107203.tif 000006
【００４３】
尚、いずれの数値実施例においても、像面にデジタルカメラに適用するときは固体撮像素子としてセルピッチ３ミクロン程度のものに対応した光学性能としている。
【００４４】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラとデジタルカメラの実施形態を図９、図１０を用いて説明する。
【００４５】
図９において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって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）、１３は撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００４６】
図１０において、２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、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（光学変換素子）、２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２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。
【００４７】
このように本発明のズームレンズをビデオ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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図２】実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図
【図３】実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図４】実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図５】実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図６】実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図
【図７】実施例２のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図８】実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図９】本発明のズームレンズを有する撮像装置の要部概略図
【図１０】本発明のズームレンズを有する撮像装置の要部概略図
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ１    第１レンズ群
Ｌ２    第２レンズ群
Ｌ３    第３レンズ群
Ｌ４    第４レンズ群
ＳＰ    開口絞り
Ｇ      ガラスブロック
ＩＰ    像面
ｄ      ｄ線
ｇ      ｇ線
ΔＭ    メリディオナル像面
ΔＳ    サジタル像面
ｆ      焦点距離
ω      半画角
Ｆｎｏ  Ｆナンバー
【図１】
2005107203.tif 000007
【図５】
2005107203.tif 000008
【図２】
2005107203.tif 000009
【図３】
2005107203.tif 000010
【図４】
2005107203.tif 000011
【図６】
2005107203.tif 000012
【図７】
2005107203.tif 000013
【図８】
2005107203.tif 000014
【図９】
2005107203.tif 000015
【図１０】
2005107203.tif 000016