(57)【要約】【課題】カメラの使用時及び収納時に光軸方向の長さが短く、前玉径の小さい広角ズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供すること。【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第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レンズ群からなり、第１レンズ群の最も像側に配されたレンズは像側に凹面を向けた負レンズであり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が狭く、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が広いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の屈折力を有する第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レンズ群からなり、
第１レンズ群の最も像側に配されたレンズは像側に凹面を向けた負レンズであり、
第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が狭く、
第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が広いことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離とする時、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
３．０＜ｆ２／ｆ１＜９．０  …（１）
−８．５＜ｆ２／ｆ３＜−３．５…（２）
【請求項３】
第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
ｄ１２ｗは広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、ｄ１２ｔは望遠端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、ｄ２３ｗは広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間隔、ｄ２３ｔは望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の間隔とする時、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のズームレンズ。
１．０＜（ｄ１２ｔ−ｄ１２ｗ）／ｆ１＜１．５…（３）
−０．５＜（ｄ２３ｔ−ｄ２３ｗ）／ｆ１＜０．０…（４）
【請求項５】
第４レンズ群を構成するレンズは３枚以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のズームレンズを有する撮像装置。
【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、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ等の撮影系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等では、カメラの使用時及び収納時（沈胴時）に、ズームレンズの光軸方向の長さが短い事が望まれている。また、射出瞳が短いと固体撮像素子の周辺部では輝度ムラ（輝度のシェーディング）や色ずれ（色のシェーディング）が発生する。従って、固体撮像素子での輝度のシェーディングや色のシェーディングを避ける為に、ズームレンズの像側のテレセントリック特性は良い方が望ましい。これらに加え、近年では、広い画角の撮影を可能とする広角ズームレンズの搭載も要望されている。
【０００３】
従来より、広角でテレセントリック特性の良いズームレンズとして、物体側に負の屈折力のレンズ群を配置した、所謂レトロフォーカスタイプのズームレンズが知られている。
【０００４】
レトロフォーカスタイプのズームレンズの具体例として、物体側より負、正、正の第１〜３レンズ群を配したズームレンズがある（特許文献１）。
【０００５】
また、物体側より、負、負、正、正の第１〜４群を配したズームレンズがある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５５８３６号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、各レンズ群の枚数が少なく、また、各レンズ群内の空気間隔も短い。特に、多くの負、正、正構成のズームレンズの第１レンズ群では、像側に強い屈折力を有する負レンズとその像側に配された正レンズとの間の空気間隔が長い事に対し、特許文献１では第１レンズ群内の空気間隔が短い、もしくは空気間隔が無い。この為、収納時の光軸方向の長さは短い。
【０００８】
しかしながら、第１レンズ群内の空気間隔が短い故に、望遠側では、画角内の光線は全て、第１レンズ群内を通過する際の軌跡に差が生じ難い。その為、望遠側では第１レンズ群で球面収差と像面湾曲を独立して変化させ難く、更なる広角化を図る為に第１レンズ群の屈折力を強めると、望遠側で球面収差と像面湾曲を共に良好に補正する事が困難となる課題が残っていた。
【０００９】
これに対し、特許文献２では、物体側に配する負レンズ群を二つに分割する事で広角化した際の光学性能の補正を有利にしている。だが、従来の負、正、正構成のズームレンズの物体側に負レンズ群を配した形式としている、つまりは、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が広角端で最も広い形式としている為、広角端で第１レンズ群から第３レンズ群までの距離が長い。その為、広角端での入射瞳が長くなり、更なる広角化を図ると前玉径が大きくなる課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、カメラの使用時及び収納時に光軸方向の長さが短く、前玉径の小さい広角ズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、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レンズ群からなり、第１レンズ群の最も像側に配されたレンズは像側に凹面を向けた負レンズであり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が狭く、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は広角端より望遠端の方が広いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、カメラの使用時及び収納時に光軸方向の長さが短く、前玉径の小さい広角ズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】数値実施例１の光学系のレンズ断面図である。
【図２】数値実施例２の光学系のレンズ断面図である。
【図３】数値実施例３の光学系のレンズ断面図である。
【図４】数値実施例１の広角端における収差図である。
【図５】数値実施例１の中間焦点距離における収差図である。
【図６】数値実施例１の望遠端における収差図である。
【図７】数値実施例２の広角端における収差図である。
【図８】数値実施例２の中間焦点距離における収差図である。
【図９】数値実施例２の望遠端における収差図である。
【図１０】数値実施例３の広角端における収差図である。
【図１１】数値実施例３の中間焦点距離における収差図である。
【図１２】数値実施例３の望遠端における収差図である。
【図１３】本発明の撮像装置の実施形態を説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の効果を得る為に好ましい形態について図１にて説明する。本実施の形態に示すズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、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レンズ群を配し、広角なズームレンズに適したレトロフォーカスタイプとしている。従来の負、正、正構成のズームレンズの第２レンズ群を負と正に分割した構成と見なすと考え易い。
【００１５】
広角なズームレンズで像面湾曲を良好に補正する為、第１レンズ群内に像側に凹面を向けた負レンズを配している。また、第１レンズ群内で前記負レンズの像側にレンズを配してしまうと第１レンズ群内に長い空気間隔が出来てしまい、使用時及び収納時の光軸方向の長さの増加につながる為、前記負レンズは最も像側に配している。
【００１６】
主に第３レンズ群が物体側へ移動する事で変倍を行なう為、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は広角端より望遠端で狭くする事で、第３レンズの移動を妨げない様にし、使用時の光軸方向の長さを短くしている。
【００１７】
広角端で第１レンズ群から第３レンズ群までの距離を近くすれば、入射瞳が短くなる事で前玉径の小型化が図れる為、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は広角端では狭くしている。一方、望遠側では第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を広げる事で、画角内の光線の、第２レンズ群と第３レンズ群内を通過する際の軌跡に画角毎の差をつけ、球面収差と像面湾曲を共に良好に補正する事を可能にしている。
【００１８】
以上で本発明の目的は達成されるが、カメラの使用時及び収納時に光軸方向の長さが短く、前玉径の小さい広角ズームレンズとする為に、本発明は、以下の式を満足するのが望ましい。
【００１９】
３．０＜ｆ２／ｆ１＜９．０  …（１）
−８．５＜ｆ２／ｆ３＜−３．５…（２）
但し、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離である。
【００２０】
条件式（１）は第１レンズ群の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（１）の上限値を超えた場合、広角端の像面湾曲及び非点格差の補正が困難となる。逆に下限値を超えた場合、広角端の画角が狭くなり、本発明の趣旨に適合しない。
【００２１】
条件式（２）は第２レンズ群の焦点距離と第３レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（２）の上限値を超えた場合、広角端の画角が狭くなり、本発明の趣旨に適合しない。逆に下限値を超えた場合、広角端の像面湾曲及び非点格差、望遠側の球面収差及びコマ収差の補正が困難となる。
【００２２】
また、本発明の第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有するのが望ましい。
【００２３】
第１レンズ群に正レンズと負レンズを配する事で、広角端での倍率色収差を良好に補正している。なお、光軸方向の長さを短くするには１枚の正レンズと１枚の負レンズを接合したレンズのみとする事が望ましい。
【００２４】
また、本発明は、以下の式を満足するのが望ましい。
【００２５】
１．０＜（ｄ１２ｔ−ｄ１２ｗ）／ｆ１＜１．５…（３）
−０．５＜（ｄ２３ｔ−ｄ２３ｗ）／ｆ１＜０．０…（４）
但し、ｄ１２ｗは広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、ｄ１２ｔは望遠端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、ｄ２３ｗは広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間隔、ｄ２３ｔは望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の間隔である。
【００２６】
条件式（３）は変倍時の第１レンズ群と第２レンズ群の間隔変化と第１レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（３）の上限値を超えた場合、広角端で第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が離れる為に前玉径が大きくなり好ましくない。もしくは、第１レンズ群の屈折力が強くなる為に広角端での像面湾曲及び非点格差の補正が困難となる。逆に下限値を超えた場合、第３レンズ群の移動を妨げ、変倍比が少なくなり好ましくない。もしくは広角端の画角が狭くなり、本発明の趣旨に適合しない。
【００２７】
条件式（４）は変倍時の第２レンズ群と第３レンズ群の間隔変化と第１レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（４）の上限値を超えた場合、望遠側で球面収差と像面湾曲を共に良好に補正する事が困難となる。逆に下限値を超えた場合、第３レンズ群の移動を妨げ、変倍比が少なくなり好ましくない。もしくは、第１レンズ群の屈折力が強くなる為に広角端での像面湾曲及び非点格差の補正が困難となる。
【００２８】
また、本発明の第４レンズ群を構成するレンズは３枚以下である事が望ましい。
【００２９】
第４レンズ群の構成枚数が多いとバックフォーカスが短くなる為、ＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロックを配する事が困難となる。また、収納時の光軸方向の長さが長くなり、好ましくない。
【００３０】
なお、条件式（１）〜（４）の数値範囲は以下の如く特定するのが望ましい。
【００３１】
３．２＜ｆ２／ｆ１＜８．７  …（１ａ）
−８．１＜ｆ２／ｆ３＜−３．８…（２ａ）
１．１＜（ｄ１２ｔ−ｄ１２ｗ）／ｆ１＜１．４  …（３ａ）
−０．３＜（ｄ２３ｔ−ｄ２３ｗ）／ｆ１＜−０．１…（４ａ）
更に、条件式（１）〜（４）の数値範囲は以下の如く特定するのが望ましい。
【００３２】
３．３＜ｆ２／ｆ１＜８．４  …（１ｂ）
−７．８＜ｆ２／ｆ３＜−３．９…（２ｂ）
１．１５＜（ｄ１２ｔ−ｄ１２ｗ）／ｆ１＜１．３０  …（３ｂ）
−０．２４＜（ｄ２３ｔ−ｄ２３ｗ）／ｆ１＜−０．１３…（４ｂ）
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。図１〜３は、後述する数値実施例１〜３のレンズ断面図、図４〜１２はそれぞれ各数値実施例の収差図である。図４〜１２において、図４、７、１０は広角端における収差図、図５、８、１１は中間焦点距離における収差図、図６、９、１２は望遠端における収差図である。収差図において、ｄ、ｇは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。
【００３３】
図１〜３のレンズ断面図において、Ｌ１〜Ｌ４はそれぞれ第１〜４レンズ群、ＳＰは絞り、ＰはＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック、Ｉは像面である。本実施形態においては、広角端から望遠端への変倍に際して、図１〜３の矢印のように各群を移動させている。また、フォーカスは第２レンズ群または第４レンズ群で行なっている。また、第３レンズ群もしくは第４レンズ群を光軸と垂直方向に移動させる事で手振れによる像の移動を補正を可能にしている。
【００３４】
以下に本発明の数値実施例を記載する。数値実施例において、Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間隔（レンズ厚あるいは空気間隔）、Ｎｉとνｉはそれぞれ第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。
【００３５】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向ｈ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をｋ、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９、Ａ１０、Ａ１１としたとき、
【００３６】
【数１】
2016085259.tif 000003
【００３７】
なる式で表している。
【００３８】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。なお、非球面を用いる事で、少ないレンズ枚数でも球面収差、非点格差、歪曲収差を良好に補正する事を可能としている。
［実施例１］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1         76.550    0.90   1.94595    18.0           
2        399.917    0.66   1.55332    71.7           
3*         3.140  (可変)                             
4          8.082    1.12   1.94595    18.0           
5          5.331  (可変)                             
6*         4.573    2.57   1.65800    36.9           
7*        -8.377    0.90                             
8(絞り)    ∞       0.49                             
9          8.269    0.55   1.92286    20.9           
10          3.576    0.17                             
11*         4.972    1.33   1.55332    71.7           
12*      1023.222  (可変)                             
13         26.513    1.18   1.69680    55.5           
14        -32.958  (可変)                             
15          ∞       0.80   1.51633    64.1           
16          ∞       1.00                             
像面        ∞   
非球面データ
第3面
K =-7.22434e-001  A 4= 4.75651e-004  A 6=-1.54683e-005  A 8= 1.60816e-006  
第6面
K =-3.00707e-001  A 4=-1.00381e-003  A 6=-3.12456e-005  A 8=-9.46256e-006  
第7面
K =-2.51733e+000  A 4= 1.60962e-003  A 6=-2.85753e-004  A 8= 1.02324e-005  
第11面
K =-3.34112e+000  A 4= 1.33858e-002  A 6=-3.09286e-004  A 8= 2.94448e-005  
第12面
K = 2.90493e+005  A 4= 8.06016e-003  A 6= 3.90537e-004  A 8= 3.03929e-005  
各種データ
ズーム比      2.22 
広角     中間     望遠
焦点距離       3.18     5.05     7.05  
Fナンバー      2.88     3.74     4.59  
画角          47.00    37.51    28.78  
像高           3.41     3.88     3.88  
レンズ全長    26.07    24.28    24.53  
BF             4.63     4.63     4.63  
d 3           10.06     5.30     2.49  
d 5            0.71     1.10     1.59  
d12            0.81     3.38     5.95  
d14            3.10     3.10     3.10  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1      -6.14  
2    4     -20.65  
3    6       5.11  
4   13      21.26  
5   15       ∞    
［実施例２］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1      -2967.713    2.21   1.94595    18.0           
2       -442.456    2.14   1.49710    81.6           
3*         8.408  (可変)                             
4         26.577    5.12   1.95906    17.5           
5         15.298    0.95                             
6         22.696    7.78   1.85478    24.8           
7         33.089  (可変)                             
8*        22.429    6.37   1.73077    40.5           
9        -29.876    3.95                             
10(絞り)    ∞       2.74                             
11         39.943    3.93   1.92286    20.9           
12         18.381    0.38                             
13         63.456    2.91   1.43425    95.0           
14*       -17.621  (可変)                             
15*        40.173    3.83   1.43425    95.0           
16        -53.837  (可変)                             
17          ∞       2.77   1.51633    64.1           
18          ∞       1.00                             
像面        ∞   
非球面データ
第3面
K =-7.52126e-001  A 4=-9.92722e-007  A 6=-6.99649e-009  A 8= 1.52412e-011  
第8面
K = 8.10050e-001  A 4=-3.04362e-005  
第14面
K =-1.61955e+000  A 4=-8.06759e-006  
第15面
K =-7.95146e+000  A 4= 1.06896e-005  A 6= 3.54828e-008  A 8=-1.33360e-010  
各種データ
ズーム比      1.79 
広角     中間     望遠
焦点距離       9.27    13.32    16.58  
Fナンバー      3.60     4.38     5.11  
画角          51.83    45.17    38.94  
像高          11.79    13.40    13.40  
レンズ全長    85.22    79.65    81.94  
BF            14.99    16.82    15.41  
d 3           25.34    11.08     5.41  
d 7            0.80     2.84     4.16  
d14            1.80     6.61    14.66  
d16           12.17    14.00    12.59  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -17.13  
2    4    -121.72  
3    8      17.89  
4   15      53.64  
5   17       ∞    
［実施例３］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1      -2729.948    2.25   1.94595    18.0           
2       -472.841    2.17   1.49710    81.6           
3*         8.480  (可変)                             
4         26.529    4.56   1.95906    17.5           
5         15.683    0.74                             
6         20.501    7.82   1.80518    25.4           
7         29.195  (可変)                             
8*        24.642    6.96   1.73077    40.5           
9        -28.618    4.22                             
10(絞り)    ∞       2.84                             
11         37.033    3.13   1.92286    20.9           
12         18.389    0.49                             
13        222.313    1.98   1.43425    95.0           
14*       -16.383  (可変)                             
15*        32.163    3.00   1.43425    95.0           
16       -122.861    1.65                             
17         37.200    1.01   1.69680    55.5           
18         24.278    1.69                             
19         61.573    2.51   1.45600    90.3           
20       -105.130  (可変)                             
21          ∞       2.77   1.51633    64.1           
22          ∞       1.00                             
像面        ∞   
非球面データ
第3面
K =-7.57216e-001  A 4=-1.18974e-006  A 6=-9.65050e-009  A 8= 2.37185e-011  
第8面
K = 9.54589e-001  A 4=-3.40186e-005  
第14面
K = 3.98151e-001  A 4= 1.96142e-005  
第15面
K =-3.05815e+000  A 4= 3.92525e-006  A 6= 4.25737e-008  A 8=-1.66981e-010  
各種データ
ズーム比      1.80 
広角     中間     望遠
焦点距離       9.27    13.30    16.67  
Fナンバー      3.60     4.38     5.08  
画角          51.83    45.22    38.79  
像高          11.79    13.40    13.40  
レンズ全長    88.11    81.99    83.15  
BF            10.72    12.99    13.18  
d 3           27.59    12.63     5.39  
d 7            0.80     2.98     4.71  
d14            1.98     6.36    12.84  
d20            7.89    10.17    10.35  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1     -17.24  
2    4    -143.38  
3    8      18.59  
4   15      53.52  
5   21       ∞    
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。
【００３９】
【表１】
2016085259.tif 000004
【００４０】
以上説明した様に、各実施例によれば、カメラの使用時及び収納時に光軸方向の長さが短く、前玉径の小さい広角ズームレンズを実現する事ができる。
【００４１】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたスチルカメラの実施形態について図１３を用いて説明する。図１３において、１０はスチルカメラ本体、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は撮像素子ある。
【００４２】
この様に本発明の撮像装置をスチルカメラ等の光学機器に適用する事により、高い光学性能を有する光学機器が実現できる。なお、撮像素子にＣＣＤ等の電子撮像素子を用いれば、電子的に収差補正をする事で出力画像を更に高画質化する事ができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
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  絞り、Ｐ  フィルター類、Ｉ  像面
【図１】
2016085259.tif 000005
【図２】
2016085259.tif 000006
【図３】
2016085259.tif 000007
【図４】
2016085259.tif 000008
【図５】
2016085259.tif 000009
【図６】
2016085259.tif 000010
【図７】
2016085259.tif 000011
【図８】
2016085259.tif 000012
【図９】
2016085259.tif 000013
【図１０】
2016085259.tif 000014
【図１１】
2016085259.tif 000015
【図１２】
2016085259.tif 000016
【図１３】
2016085259.tif 000017