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JP2010145587A - ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 Download PDF

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JP2010145587A
JP2010145587A JP2008320717A JP2008320717A JP2010145587A JP 2010145587 A JP2010145587 A JP 2010145587A JP 2008320717 A JP2008320717 A JP 2008320717A JP 2008320717 A JP2008320717 A JP 2008320717A JP 2010145587 A JP2010145587 A JP 2010145587A
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lens group
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JP2008320717A
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Masahiro Katakura
正弘 片倉
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Olympus Imaging Corp
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Olympus Imaging Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
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Abstract

【課題】光学性能を確保しつつ、画角の確保、変倍比の確保、及び、小型化に有利なズームレンズと、そのようなズームレンズを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】物体側から像側に順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、屈折曲面を有する第４レンズ群Ｇ４とを有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して、少なくともＧ１、Ｇ２、Ｇ３が移動し、かつ、各レンズ群の間の間隔が変化し、Ｇ１は、物体側から像側に順に、光軸上にて間隔を空けて配置された負屈折力の負レンズ成分と正屈折力の正レンズ成分とを有し、第１レンズ群Ｇ１中のレンズ成分の総数は２であり、Ｇ２は、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズを含む３枚のレンズを含み、かつ、Ｇ２は、物体側面と像側面の曲率が異なる２つのレンズの向かい合う２つの屈折面を接合してなる接合面を複数有する。
【選択図】図１

Description

本発明はズームレンズに関するものである。更には、それを備えた撮像装置に関するものである。
近年はフィルムに被写体の像を露光するタイプのカメラに代わり、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサーなどの撮像素子の撮像面に像を形成し電気的に画像を記録するデジタルカメラが普及している。デジタルカメラは、小型な撮像素子を使用することで、フィルムを用いたカメラに比べて小型化が可能となる。
このようなデジタルカメラの分野においては、小型化に有利なズームレンズとして、最も物体側に負屈折力のレンズ群を配置した負先行タイプのズームレンズが例えば特許文献１、２及び３にて知られている。
これら特許文献１〜３に開示されたズームレンズは、物体側から像側に順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群を有している。そして、第１レンズ群を負レンズ成分と正レンズ成分の２成分とし、第２レンズ群を正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズで構成することで、ズームレンズ全体の屈折力配置の対称性を良好としている。それにより、簡易な構成ながら、良好な光学性能を確保している。
特開２００４−３１８１０８号公報 特開２００４−３１８１０９号公報 特開２００６−１３８９６９号公報
しかしながら、最近のニーズとして、小型でありながら広角端での画角や十分な変倍比が確保されたズームレンズを備えた撮像装置が求められている。
本発明は従来技術のこのような課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら広画角化もしくは高変倍比化に有利なズームレンズズームレンズを提供することを目的とするものである。さらには、そのような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。
上記課題に鑑み、本発明のズームレンズの基本構成は、物体側から像側に順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群と、負屈折力の第４レンズ群と、を有する。
そして、広角端から望遠端へのズーミングの際に、少なくとも第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群を移動させて各レンズ群の間の間隔を変化させる。
そして、第１レンズ群は、物体側から像側に順に、光軸上にて間隔を空けて配置された負屈折力の負レンズ成分と正屈折力の正レンズ成分の２つのレンズ成分にて構成する。
そして、第２レンズ群は、物体側から像側に順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズにて構成する。ここで、レンズ成分は、光軸上にて空気と接する屈折面が物体側面と像側面の２面のみのレンズ体とする。
また、ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合は、最も遠距離にフォーカシングした状態での構成とする。以降に示す好ましい各構成要件、各条件も同様である。
この基本構成により、負の屈折力のレンズ群を物体側に配置することによって、構成するレンズ群数の低減や、総レンズ枚数の低減、小型化に有利となる。
そして、第１レンズ群を上述の２つのレンズ成分にて構成することで、第１レンズ群の主点を物体側よりにして第１レンズ群の径やズームレンズ全長の小型化に有利となる。
そして、第２レンズ群は主にバリエーターの役割を果たし、第１レンズ群と第３レンズ群は、それぞれが移動することで、コンペンセーターの機能や、変倍時の射出瞳の変動の低減する機能を担い、加えて、像面湾曲の補正に有利となる。
そして、負屈折力の第４レンズ群が第３レンズ群の像側に位置することで、ズームレンズ中の屈折力配置の対称性が良好となり、全ズーム域での収差の補正が容易になる。
特に広角端の像面湾曲や非点収差といった軸外の収差の低減に有利となる。
そして、第２レンズ群はバリエーターの役割を果たすため、高変倍化に伴い屈折力を大きくする必要がある。しかし、単純に屈折力を大きくすると、広角端と望遠端で収差の変動が生じやすくなる。本発明の基本構成では、ズームレンズの屈折力配置の対称性に着目し、第２レンズ群を物体側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズの構成とすることで、第二レンズ群内の屈折力配置の対称性を良好にでき、広角端と望遠端で収差の変動や望遠端で軸上の収差の発生の低減に有利としている。
そして、第１の側面の発明のズームレンズは、この基本構成にて、さらに、第４レンズ群を物体側に凹面を向けた１つの負レンズ成分にて構成し、
第１レンズ群中の負レンズ成分と第４レンズ群中の負レンズ成分が以下の条件式（１）を満足するようにしたものである。
−０．８０＜ｒG1nr／ｒG4nf＜−０．４０ ・・・（１）
ただし、ｒG1nrは、第１レンズ群中の負レンズ成分の像側面の近軸曲率半径、
ｒG4nfは、第４レンズ群中の負レンズ成分の物体側面の近軸曲率半径、
である。
条件式（１）は、第１レンズ群中の負レンズ成分と負屈折力の第４レンズ群の好ましい形状を特定するものである。最も物体側に配置された負レンズ成分の像側凹面と第４レンズ群の物体側凹面を条件内とすることで、対称性を確保しながらも、射出瞳を像面から離すことが可能となる。それにより、軸上および軸外の収差を良好に補正しながら、周辺光量低下や色シェーディングを抑えることに有利となる。
上限を上回らないようにすることで、対称性を良好にでき、特に軸外の収差低減による広画角化に有利となる。
下限を下回らないようにして、第４レンズ群の物体側凹面の曲率絶対値を抑えることで、高次の軸外収差の抑制、周辺光量の確保、色シェーディングの低減に有利となる。もしくは、第１レンズ群の負の屈折力の確保に有利となり、広画角化、高変倍比化に有利となる。
また、第２の側面の発明のズームレンズは、上述の基本構成にて、さらに、第１レンズ群中の負レンズ成分が以下の条件式（２）を満足する負レンズを有するようにしたものである。
１．７８＜ｎｄG1n＜２．４０ ・・・（２）
ただし、ｎｄG1nは、第１レンズ群中の負レンズ成分中のいずれかの負レンズのｄ線における屈折率である。
条件式（２）は、第１レンズ群中の負レンズ成分中のいずれかの負レンズの好ましい屈折率を特定するものである。この条件を満足することで、第１レンズ群中の負レンズ成分における各レンズ面の曲率絶対値を低減でき、第１レンズ群での収差低減と負の屈折力の確保の両立に有利となる。加えて、この負レンズ成分と第４レンズ群の負レンズ成分との形状の対称性を維持しやすくなり、軸外収差の低減に有利となる。
下限を下回らないようにすることで、広画角化もしくは高変倍化のための負の屈折力の確保と諸収差低減の両立に有利となる。
上限を上回らないようにすることで、レンズ材料コスト低減に有利となる。
第１の側面の発明のズームレンズにおいても、第１レンズ群中の負レンズ成分がこの条件（２）を満足する負レンズを有するようにしてもよい。広画角化や高変倍比化にいっそう有利となる。
第２の側面の発明のズームレンズにおいて、第４レンズ群が、１つの負レンズ成分からなるようにしてもよい。第４レンズ群の機能は主に像面湾曲の補正に向けられる。そのため、レンズ成分の数を節約し、小型化に有利な構成とすることが好ましい。
上述のいずれの発明においても、以下に示す各構成要件や各条件式のいずれか１つ、さらには複数を同時に満足することがより好ましい。
第１レンズ群中の負レンズ成分の像側面と第４レンズ群の物体側面がともに凹面の非球面であることが好ましい。それぞれの凹面を非球面とすることにより、広角端における高次の軸外収差の低減にいっそう有利となり、高変倍比化や広画角化した際の光学性能の確保に有利となる。さらには、第１レンズ群中の負レンズ成分の物体側面と第４レンズ群の像側面をともに非球面とすると、４つの非球面により高次の軸外収差や軸上収差の補正にいっそう有利となる。
第１レンズ群中の負レンズ成分と正レンズ成分がそれぞれ単レンズであることが好ましい。第１レンズ群軽量化、低コスト化に有利となる。
第３レンズ群と第４レンズ群はそれぞれ１つのレンズ成分からなることが好ましい。それにより、第１レンズ群内の負レンズ成分、正レンズ成分の組と第３レンズ群、第４レンズ群の組との対称的な屈折力配置を少ないレンズ成分数で構成でき、小型化と光学性能確保の両立に有利となる。
さらには、第３レンズ群と第４レンズ群はそれぞれ単レンズであることが好ましい。沈胴時の小型化、低コスト化に有利となる。
ズームレンズが以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．１＜ＤG1np／ＤG3G4＜１．０ ・・・（３）
ただし、ＤG1npは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分と前記正レンズ成分との光軸上での距離、
ＤG3G4は、望遠端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との光軸上での距離、
である。
本発明のズームレンズは、第１レンズ群を物体側から順に負レンズ成分、正レンズ成分で構成することにより、第１レンズ群の主点を物体側よりにして第１レンズ群の径方向のサイズやズームレンズ全長の小型化に有利となる。このとき、２つのレンズ成分が空間を挟んで配置されることにより、像面湾曲の補正に有利となる。
この条件式（３）は、第１レンズ群内の空気間隔と望遠端での第３レンズ群と第４レンズ群の間の間隔との好ましい比を特定するものである。この条件を満足することで、望遠端でのズームレンズ全体の対称性が良好となり、望遠端での軸上収差、軸外収差の補正に有利となる。
下限を下回らないようにすることで、光学系の対称性が良好となる。加えて、第３レンズ群をフォーカシングのために移動させる場合、第３レンズ群が移動するスペースの確保に有利となる。
上限を上回らないようにして、第１レンズ群内の空気間隔を適度に抑えることで、ズームレンズの対称性の維持と沈胴時の薄型化に有利となる。
第１レンズ群中の負レンズ成分が以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
−１．０＜（ｒG1nf＋ｒG1nr）／（ｒG1nf−ｒG1nr）＜０．７５ ・・・（４）
ただし、ｒG1nfは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の物体側面の近軸曲率半径、
ｒG1nrは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の像側面の近軸曲率半径、
である。
条件式（４）は、第１レンズ群中の負レンズ成分の好ましい形状を特定するものである。
下限を下回らないようにして、物体側面の曲率を低減し、上限を上回らないようにして像側面の曲率を低減することで、広角端での像面湾曲や望遠端での球面収差の低減に有利となる。
第２レンズ群が以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．１０＜ｆG2／ｆｔ＜０．５５ ・・・（５）
ただし、ｆG2は、前記第２レンズ群の焦点距離、
ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
本発明では、第２レンズ群を物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズで構成し、対称性を確保することで、高変倍比化に有利な屈折力の確保と収差低減を行える。条件式（５）はこのように構成された第２レンズ群の好ましい屈折力を特定するものである。
下限を下回らないようにして第２レンズ群の屈折力を適度に抑えることで望遠端での軸上収差低減に有利となる。
上限を上回らないようにして第２レンズ群の屈折力を確保することで、第２レンズ群に十分な変倍機能を持たせられ、望遠端と広角端での収差の変動の低減や、沈胴時の薄型化に有利となる。
第１レンズ群が以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
−０．７０＜ｆG1／ｆｔ＜−０．２０ ・・・（６）
ただし、ｆG1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
広画角化もしくは高変倍比化を行うためには、第１レンズ群の負の屈折力を十分に確保することが好ましい。本発明は、ズームレンズ中の屈折力配置を対称的にしているため、第１レンズ群の屈折力を確保しても収差補正を行いやすく構成できる。条件式（６）は第１レンズ群の好ましい屈折力を特定するものである。
下限を下回らないようにして第１レンズ群の屈折力を確保することで、広画角化もしくは高変倍比化に有利となる。
上限を上回らないようにして負の屈折力の過剰を抑えることで、広角端での軸外収差等の低減につながる。
第２レンズ群が以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．０１＜σG2／ｆｔ＜０．２５ ・・・（７）
ただし、σG2は、前記第２レンズ群の光軸上の厚み、
ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
本発明の第２レンズ群は、３枚のレンズを対称的に配置しているため、収差補正と小型化の両立に有利となる。条件式（７）は、第２レンズ群の光軸上の好ましい厚みを特定するものである。
上限を上回らないようにすることで、沈胴時の薄型化に有利となる。
下限を下回らないようにして厚みを確保することで、レンズ加工が容易となり、像面湾曲と球面収差の補正を行いやすくなる。
また、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜２０．０ ・・・（８）
ただし、ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
ｆｗは、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
条件式（８）は、ズームレンズの好ましいズーム比を特定するものである。
下限を下回らないようにすることで、種々の撮影シーンに対応できる。下限を下回るズーム比の場合、３群ズームレンズや２群ズームレンズでも光学性能の確保が可能である。
上限を上回らないようにすることで、ズームレンズ中のレンズ群数の増加、もしくは、ズームレンズの全長の増大を抑えやすくなる。
さらには、ズームレンズが４群ズームレンズであることが好ましい。つまり、ズームレンズ中のレンズ群が第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群の４つのみであることが好ましい。４つのレンズ群数にて屈折力配置の対称性を良好に出来、小型化と高性能化の両立に有利となる。
また、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第２レンズ群と一体で移動する明るさ絞りを有することが好ましい。第２レンズ群の小径化に有利となる。第２レンズ群中の光束径を小さくでき、小型化や収差低減などに有利となる。明るさ絞りは第２レンズ群の物体側、像側、レンズ群中のいずれかに配置してもよいが、第２レンズ群の像側に配置すると、軸外収差の補正と第２レンズ群の薄型化の両立に有利となる。
また、第３レンズ群のみを物体側に移動させて、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことが好ましい。第３レンズ群は小型化しやすく、フォーカスの駆動域も確保しやすいためこのレンズ群をフォーカシング時に移動させることが好ましい。
また、第３レンズ群が、負レンズと正レンズを有する接合レンズ成分を含むことが好ましい。第３レンズ群の色収差の補正に有利となる。特に第３レンズ群がフォーカシングレンズ群の場合、望遠端での近距離物点へのフォーカシング時の倍率色収差の低減に有利となる。
第４レンズ群が１枚のプラスチック単レンズからなることが好ましい。第４レンズ群を１枚のプラスチック単レンズで構成することによって、コストの低減や、鏡筒の軽量化に有利となる。また、第４レンズ群に非球面を設ける場合も加工が容易となる。
本発明の撮像装置は、ズームレンズと、そのズームレンズの像側に配置された撮像面を有し、かつ、撮像面上の光学像を電気信号に変換する撮像素子を有し、ズームレンズが前述のいずれかのズームレンズとするものである。
前述のズームレンズは、小型化、広画角化もしくは高変倍比化に有利であり、射出瞳も像面から離しやすい。そのため、撮像装置の撮影用のズームレンズとすることが可能である。
さらには、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第４レンズ群は撮像面に対して固定であることが好ましい。第４レンズ群を固定とすることによって、メカ構成を大幅に簡素化することが可能となり、沈胴時の薄型化やコストの削減につながる。
また、ズームレンズによるディストーションを含んだ電気信号を、画像処理によりディストーションを補正した画像信号に変換する画像変換部を有することが好ましい。ズームレンズによる像は、広角端にて、ディストーションと非点収差がトレードオフの関係になりやすい。そのため、非点収差を光学的に補正し、広角側で発生しやすい樽型の出ディストーションを電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行うことで、ズームレンズの小型化や記録画像の画質向上につながる。
さらには、ズームレンズによる倍率の色収差を含んだ電気信号を、画像処理により補正した画像信号に変換する画像変換部を有することが好ましい。例えば、色信号ごとにディストーションを電気的に補正すると、結果的に倍率の色収差も補正される。これにより、ズームレンズ自体の倍率の色収差の発生を共用でき、材料コストの低減や小型化に有利となる。
また、以下のズームレンズとすることもできる。物体側から像側に順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群と、負屈折力の第４レンズ群と を有し、
広角端から望遠端へのズーミングの際に、少なくとも前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群が移動し、かつ、前記各レンズ群の間の間隔が変化し、
前記第１レンズ群は、物体側から像側に順に、光軸上にて間隔を空けて配置された負屈折力の負レンズ成分と正屈折力の正レンズ成分の２つレンズ成分からなり、
前記第２レンズ群は、物体側から像側に順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズからなり、
前記第４レンズ群は１つの負レンズ成分からなり、
以下の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
４．０＜ｆｔ／ｆｗ＜２０．０ ・・・（８−１）
ただし、ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
ｆｗは、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
上述の各構成は複数を同時に満足することがより好ましい。
また、各条件式について、以下のようにすることで、その効果をより確実にでき好ましい。
条件（１）について、
下限値を−０．７５、さらには−０．７２とすることがより好ましい。
上限値を−０．５０、さらには−０．６０とすることがより好ましい。
条件（２）について、
下限値を１．８０、さらには１．８５とすることがより好ましい。
上限値を２．１０、さらには１．９０とすることがより好ましい。
条件（３）について、
下限値を０．２、さらには０．３とすることがより好ましい。
上限値を０．８、さらには０．６とすることがより好ましい。
条件（４）について、
下限値を０．１、さらには０．５とすることがより好ましい。
上限値を０．７３、さらには０．７０とすることがより好ましい。
条件（５）について、
下限値を０．３０、さらには０．４０とすることがより好ましい。
上限値を０．４５、さらには０．５０とすることがより好ましい。
条件（６）について、
下限値を−０．６０、さらには−０．５５とすることがより好ましい。
上限値を−０．３０、さらには−０．４０とすることがより好ましい。
条件（７）について、
下限値を０．１０、さらには０．２０とすることがより好ましい。
上限値を０．２４、さらには０．２３とすることがより好ましい。
条件（８）、（８−１）について、
下限値を４．０、４．５さらには４．８とすることがより好ましい。
上限値を１０．０、８．０さらには６．０とすることがより好ましい。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、小型でありながら広画角化もしくは高変倍比化に有利なズームレンズを提供できる。さらには、そのようなズームレンズを備えた撮像装置を提供できる。
以下に示す本発明に基づくいずれの実施形態も、上述のような工夫を施すことで、小型でありながら広画角化もしくは高変倍比化に有利なズームレンズを提供している。
また、各実施例のズームレンズは、コンパクトなデジタルカメラの撮影レンズに用いると、カメラの奥行き方向の厚みを薄くしながらも広画角で高変倍であり、尚且つ光学性能の優れたデジタルカメラを構成できる。
以下に示す各実施例は、撮像装置の立ち上げ時にレンズが繰り出すタイプのズームレンズおよびそれを備えた撮像装置の例である。実施例１〜実施例５においては、高い光学性能を持ち、かつ、コンパクト性に優れたズームレンズとなっている。実施例１〜実施例５は全ズーム状態にて有効撮像領域は矩形で一定である。各実施形態での条件式対応値は無限遠物点に合焦した状態での値である。全長は、レンズの入射面から射出面までの光軸上の距離にバックフォーカスＢＦを加えたものである。バックフォーカスＢＦは、空気換算長で示している。
次に、各実施例の広角端から望遠端への移動方式を示す。第１レンズ群は、像側に移動後物体側に移動する。第２レンズ群は、物体側にのみ移動する。第３レンズ群は、物体側にのみ移動するが、移動方式はこれによらない。第４レンズ群は固定。第３レンズ群を物体側に繰り出すことで近距離へのフォーカシングを行う。
以下、本発明のズームレンズの実施例１〜実施例５について説明する。実施例１〜実施例５の（ａ）無限遠物点合焦時の広角端、（ｂ）中間状態、（ｃ）望遠端でのレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。
各図中、第１レンズ群はＧ１、フレア絞りはＦＳ、第２レンズ群はＧ２、明るさ絞りはＳ、第３レンズ群はＧ３、第４レンズ群はＧ４、ＩＲカットコート付き光学的ローパスフィルターはＦ、電子撮像素子であるＣＣＤのカバーガラスはＣ、ＣＣＤの像面はＩで示してある。なお、ＩＲカットコートについては、例えば光学的ローパスフィルターＦに直接コートを施こしてもよく、また、別に赤外カット吸収フィルターを配置してもよい。
実施例１のズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、明るさ絞りＳ、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成されている。
広角端から望遠端への変倍をする際の移動状態を以下に示す。
第１レンズ群Ｇ１は、広角端から中間状態まで像側へ移動し、中間状態から望遠端まで物体側へ移動する。望遠端では、広角端の位置より物体側に位置する。
第２レンズ群Ｇ２と明るさ絞りＳは、広角端から望遠端まで、第１レンズ群Ｇ１との間隔を狭め、第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げながら、一体に物体側へ移動する。
第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端まで、第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げ、第４レンズ群Ｇ４との間隔を広げながら、物体側へ移動する。
第４レンズ群Ｇ４は、固定されている。
物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸正レンズと、明るさ絞りＳとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚からなる。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面、第２レンズ群Ｇ２の物体側の両凸正レンズの両面、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズの最も像側の面、第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズの両面の７面に用いている。
実施例２のズームレンズは、図２に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、明るさ絞りＳ、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成されている。
広角端から望遠端への変倍をする際の移動状態を以下に示す。
第１レンズ群Ｇ１は、広角端から中間状態まで像側へ移動し、中間状態から望遠端まで物体側へ移動する。望遠端では、広角端の位置より物体側に位置する。
第２レンズ群Ｇ２と明るさ絞りＳは、広角端から望遠端まで、第１レンズ群Ｇ１との間隔を狭め、第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げながら、一体に物体側へ移動する。
第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端まで、第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げ、第４レンズ群Ｇ４との間隔を広げながら、物体側へ移動する。
第４レンズ群Ｇ４は、固定されている。
物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸正レンズと、明るさ絞りＳとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚からなる。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面、第２レンズ群Ｇ２の物体側の両凸正レンズの両面、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズの最も像側の面、第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズの両面の７面に用いている。
実施例３のズームレンズは、図３に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、明るさ絞りＳ、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成されている。
広角端から望遠端への変倍をする際の移動状態を以下に示す。
第１レンズ群Ｇ１は、広角端から中間状態まで像側へ移動し、中間状態から望遠端まで物体側へ移動する。望遠端では、広角端の位置より物体側に位置する。
第２レンズ群Ｇ２と明るさ絞りＳは、広角端から望遠端まで、第１レンズ群Ｇ１との間隔を狭め、第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げながら、一体に物体側へ移動する。
第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端まで、第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げ、第４レンズ群Ｇ４との間隔を広げながら、物体側へ移動する。
第４レンズ群Ｇ４は、固定されている。
物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズと、明るさ絞りＳとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚からなる。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面及び正メニスカスレンズの両面、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの最も物体側の面及び最も像側の面、第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズの両面の８面に用いている。
実施例４のズームレンズは、図４に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、明るさ絞りＳ、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成されている。
広角端から望遠端への変倍をする際の移動状態を以下に示す。
第１レンズ群Ｇ１は、広角端から中間状態まで像側へ移動し、中間状態から望遠端まで物体側へ移動する。望遠端では、広角端の位置より物体側に位置する。
第２レンズ群Ｇ２と明るさ絞りＳは、広角端から望遠端まで、第１レンズ群Ｇ１との間隔を狭め、第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げながら、一体に物体側へ移動する。
第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端まで、第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げ、第４レンズ群Ｇ４との間隔を広げながら、物体側へ移動する。
第４レンズ群Ｇ４は、固定されている。
物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸正レンズと、明るさ絞りＳとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚からなる。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面、第２レンズ群Ｇ２の物体側の両凸正レンズの両面、像側の両凸正レンズの両面、第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズの両面の８面に用いている。
実施例５のズームレンズは、図５に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、明るさ絞りＳ、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成されている。
広角端から望遠端への変倍をする際の移動状態を以下に示す。
第１レンズ群Ｇ１は、広角端から中間状態まで像側へ移動し、中間状態から望遠端まで物体側へ移動する。望遠端では、広角端の位置より物体側に位置する。
第２レンズ群Ｇ２と明るさ絞りＳは、広角端から望遠端まで、第１レンズ群Ｇ１との間隔を狭め、第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げながら、一体に物体側へ移動する。
第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端まで、第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げ、第４レンズ群Ｇ４との間隔を広げながら、物体側へ移動する。
第４レンズ群Ｇ４は、固定されている。
物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸正レンズと、明るさ絞りＳとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１枚からなり、第４レンズ群Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１枚からなる。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズの両面、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズの両面、第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズの両面の８面に用いている。
以下、各実施例におけるレンズの数値データを示す。
各実施例におけるレンズの数値データにおいては、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズの肉厚または間隔、ｎｄは各レンズのｄ線における屈折率、νｄは各レンズのｄ線におけるアッベ数、Kは円錐係数、A4、A6、A8、A10は非球面係数、E±Nは×１０±Nをそれぞれ示している。なお、広角端での像高、画角は、ディストーションの電気補正を行わない場合の値である。ディストーションの電気補正を行う場合は、広角側で発生するたる型の収差を電気補正するため、広角端での像高、画角が変更される。
また、各非球面形状は、各実施例における各非球面係数を用いて、以下の式で表される。
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1/2]
＋A4×Ｙ4＋A6×Ｙ6＋A8×Ｙ8＋A10×Ｙ10
ただし、光軸方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1（非球面） -25.246 0.85 1.85135 40.10
2（非球面） 6.661 1.30
3 11.588 1.80 2.00180 19.30
4 43.650 可変
5（フレア絞り） ∞ 0.00
6（非球面） 4.807 1.80 1.85135 40.10
7（非球面） -74.147 0.10
8 41.412 1.40 2.00069 25.46
9 3.802 0.40
10 5.783 1.30 1.49700 81.54
11 -17.482 0.50
12（絞り） ∞ 可変
13 -120.630 0.60 1.86400 40.58
14 11.000 2.30 1.73077 40.50
15（非球面） -10.840 可変
16（非球面） -9.800 0.85 1.52540 56.00
17（非球面） -29.256 0.10
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 0.50
20 ∞ 0.50 1.51633 64.14
21 ∞ 0.37
像面 ∞

非球面データ
第１面
K=0.000,A4=2.53566E-04,A6=-2.07621E-06,A8=-3.88389E-09
第２面
K=-0.546,A4=-1.13683E-05,A6=5.74739E-06,A8=-1.99026E-07
第６面
K=0.000,A4=-5.56687E-04,A6=6.21295E-06,A8=-2.89537E-06
第７面
K=0.000,A4=2.81306E-04,A6=2.83352E-06,A8=-1.94223E-06
第１５面
K=0.000,A4=1.50000E-04,A6=-3.00000E-06
第１６面
K=0.000,A4=-3.34054E-04,A6=-4.65676E-05
第１７面
K=0.000,A4=5.61769E-04,A6=-6.17268E-05

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.80 10.50 23.06
Ｆナンバー 3.40 5.30 6.00
画角 88.04 39.64 17.98
像高 3.83 3.83 3.83

d4 15.96 5.13 0.15
d12 2.19 7.66 19.97
d15 2.82 2.93 3.20

ＢＦ 1.63 1.63 1.63
レンズ全長 35.81 30.55 38.16

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.53
2 6 9.65
3 11 20.00
4 14 -28.48
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1（非球面） -26.034 0.85 1.85135 40.10
2（非球面） 6.583 1.30
3 11.529 1.80 2.00180 19.30
4 43.415 可変
5（フレア絞り） ∞ 0.00
6（非球面） 4.798 1.80 1.85135 40.10
7（非球面） -73.591 0.10
8 42.296 1.40 2.00069 25.46
9 3.797 0.40
10 5.771 1.30 1.49700 81.54
11 -17.361 0.50
12（絞り） ∞ 可変
13 -179.881 0.60 1.88300 40.76
14 11.000 2.30 1.73077 40.50
15（非球面） -10.908 可変
16（非球面） -9.800 0.85 1.52540 56.00
17（非球面） -30.533 0.10
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 0.50
20 ∞ 0.50 1.51633 64.14
21 ∞ 0.37
像面 ∞

非球面データ
第１面
K=0.000,A4=2.29991E-04,A6=-1.73683E-06,A8=-5.74375E-09
第２面
K=-0.636,A4=-1.03611E-06,A6=6.07445E-06,A8=-1.89803E-07
第６面
K=0.000,A4=-5.56571E-04,A6=5.87494E-06,A8=-2.89756E-06
第７面
K=0.000,A4=2.84429E-04,A6=2.16646E-06,A8=-1.89190E-06
第１５面
K=0.000,A4=1.50000E-04,A6=-3.00000E-06
第１６面
K=0.000,A4=-3.34054E-04,A6=-4.65676E-05
第１７面
K=0.000,A4=5.35476E-04,A6=-6.21987E-05

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.80 10.60 23.06
Ｆナンバー 3.40 5.33 6.00
画角 88.06 39.28 17.99
像高 3.83 3.83 3.83

d4 15.98 5.04 0.15
d12 2.22 7.76 19.97
d15 2.78 2.92 3.20

ＢＦ 1.63 1.63 1.63
レンズ全長 35.82 30.55 38.16

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.52
2 6 9.65
3 11 20.00
4 14 -27.86
数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1（非球面） -35.617 0.80 1.85135 40.10
2（非球面） 6.301 1.48
3（非球面） 9.610 1.71 2.00180 19.30
4（非球面） 22.042 可変
5（フレア絞り） ∞ 0.00
6（非球面） 5.145 2.06 1.85135 40.10
7 14.031 0.87 2.00069 25.46
8 3.875 2.23 1.62263 58.16
9（非球面） -105.851 0.50
10（絞り） ∞ 可変
11 -120.000 0.60 1.88300 40.76
12 20.665 2.00 1.78590 44.20
13 -13.109 可変
14（非球面） -9.800 0.90 1.52540 56.00
15（非球面） -28.539 0.10
16 ∞ 0.50 1.51633 64.14
17 ∞ 0.50
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 0.37
像面 ∞

非球面データ
第１面
K=0.000,A4=3.70142E-04,A6=-5.24195E-06,A8=1.62108E-08
第２面
K=-2.323,A4=5.04960E-04,A6=3.38435E-05,A8=-8.47291E-07,A10=1.13025E-08,A12=-1.90255E-10
第３面
K=-1.594,A4=-5.99201E-04,A6=2.51390E-05,A8=-2.31343E-07
第４面
K=-1.903,A4=-5.19246E-04,A6=1.32864E-05,A8=-1.75751E-07
第６面
K=0.000,A4=-1.84377E-04,A6=5.16691E-06,A8=5.70849E-08
第９面
K=0.000,A4=1.82713E-03,A6=7.76894E-05,A8=1.45050E-05
第１４面
K=0.000,A4=-1.75207E-03,A6=6.55286E-05,A8=-6.75366E-06,A10=3.32586E-07
第１５面
K=0.000,A4=1.00598E-03,A6=-1.95585E-04,A8=6.91879E-06,A10=-7.38228E-09

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.80 10.57 23.06
Ｆナンバー 3.40 5.18 6.00
画角 87.77 39.23 17.98
像高 3.83 3.83 3.83

d4 16.26 4.88 0.15
d10 3.56 8.19 20.43
d13 1.91 2.72 2.81

ＢＦ 1.63 1.63 1.63
レンズ全長 36.51 30.56 38.16

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.33
2 6 9.49
3 11 20.48
4 14 -28.89
数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1（非球面） -30.761 0.85 1.85135 40.10
2（非球面） 6.598 1.30
3 10.221 1.80 2.00180 19.30
4 24.961 可変
5（フレア絞り） ∞ 0.00
6（非球面） 4.803 1.80 1.85135 40.10
7（非球面） -24.280 0.10
8 49.783 1.40 2.00069 25.46
9 3.452 0.40
10（非球面） 6.315 1.30 1.52540 56.00
11（非球面） -14.385 0.50
12（絞り） ∞ 可変
13 -100.000 0.60 1.88300 40.76
14 11.000 2.30 1.83481 42.71
15 -13.460 可変
16（非球面） -9.800 0.70 1.52540 56.00
17（非球面） -22.932 0.10
18 ∞ 0.50 1.51633 64.14
19 ∞ 0.50
20 ∞ 0.50 1.51633 64.14
21 ∞ 0.37
像面 ∞

非球面データ
第１面
K=-8.286,A4=2.70135E-04,A6=-3.06139E-06,A8=6.07043E-09
第２面
K=-0.520,A4=1.31960E-04,A6=8.17043E-06,A8=-2.42436E-07
第６面
K=0.000,A4=-7.90621E-04,A6=1.36276E-05,A8=-7.01844E-08
第７面
K=0.000,A4=9.53540E-04,A6=4.69789E-05,A8=-3.19366E-06
第１０面
K=0.000,A4=2.94676E-03,A6=2.84517E-04,A8=2.20035E-05
第１１面
K=0.000,A4=2.90009E-04,A6=-5.95917E-05,A8=4.57609E-05
第１６面
K=0.000,A4=-1.17898E-03,A6=2.18877E-05
第１７面
K=0.000,A4=-7.51401E-05,A6=3.85010E-06

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.80 10.60 23.06
Ｆナンバー 3.40 5.40 6.00
画角 87.39 39.19 17.98
像高 3.83 3.83 3.83

d4 14.78 4.68 0.15
d12 2.05 7.61 19.97
d15 2.78 2.95 3.36

ＢＦ 1.63 1.63 1.63
レンズ全長 34.30 29.92 38.16

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.21
2 6 9.31
3 11 20.00
4 14 -33.18
数値実施例５
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1（非球面） -22.816 0.85 1.85135 40.10
2（非球面） 6.982 1.30
3 11.559 1.80 2.00180 19.30
4 41.025 可変
5（フレア絞り） ∞ 0.00
6（非球面） 4.671 1.70 1.85135 40.10
7（非球面） -65.725 0.10
8 46.200 1.40 2.00069 25.46
9 3.792 0.40
10 6.341 1.30 1.49700 81.54
11 -16.835 0.50
12（絞り） ∞ 可変
13（非球面） -47.748 1.50 1.82080 42.71
14（非球面） -12.377 可変
15（非球面） -9.800 0.85 1.52540 56.00
16（非球面） -17.470 0.10
17 ∞ 0.50 1.51633 64.14
18 ∞ 0.50
19 ∞ 0.50 1.51633 64.14
20 ∞ 0.37
像面 ∞

非球面データ
第１面
K=0.000,A4=4.21365E-04,A6=-6.05646E-06,A8=3.50950E-08
第２面
K=0.000,A4=-1.13220E-05,A6=1.03773E-06,A8=-2.84480E-07
第６面
K=0.000,A4=-6.24213E-04,A6=5.54267E-06,A8=-3.00740E-06
第７面
K=0.000,A4=2.84968E-04,A6=3.60168E-06,A8=-1.62987E-06
第１３面
K=0.000,A4=7.69846E-04,A6=1.20785E-05
第１４面
K=0.000,A4=1.00811E-03,A6=9.29636E-06
第１５面
K=0.000,A4=3.48088E-04,A6=-4.30433E-05
第１６面
K=0.000,A4=-1.47352E-04,A6=-2.54103E-06

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.80 9.90 23.05
Ｆナンバー 3.20 4.82 6.00
画角 86.90 42.20 18.10
像高 3.83 3.83 3.83

d4 15.60 5.55 0.15
d12 3.03 8.07 21.45
d14 2.78 2.90 3.20

ＢＦ 1.63 1.63 1.63
レンズ全長 34.74 29.85 38.13

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.61
2 6 9.70
3 11 19.97
4 14 -44.17
以上の実施例１〜５の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端における球面収差ＳＡ、非点収差ＡＳ、歪曲収差ＤＴ、倍率色収差ＣＣを示す。
次に、上記各実施例における条件値及び条件式（１）〜（７）並びに広角端でのディストーション補正後の像高及び画角の値を示す。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
（１） -0.68 -0.67 -0.64 -0.67 -0.71
（２） 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85
（３） 0.41 0.41 0.53 0.39 0.41
（４） 0.58 0.60 0.70 0.65 0.53
（５） 0.42 0.42 0.41 0.40 0.42
（６） -0.50 -0.50 -0.49 -0.49 -0.50
（７） 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22
（８） 4.80 4.80 4.80 4.80 4.80
補正後の像高 3.45 3.45 3.44 3.44 3.45
補正後の画角 78.9 78.9 78.9 78.9 78.9
各実施例にて、以下の構成としてもよい。
本実施例のズームレンズは矩形の光電変換面上に広角端では樽型の歪曲収差が発生する。一方、中間焦点距離状態付近や望遠端では歪曲収差の発生が抑えられる。歪曲収差を電気的に補正するために、有効撮像領域は、広角端では樽型形状とし、中間焦点距離状態や望遠端では矩形の形状となるようにすると良い。そして、あらかじめ設定した有効撮像領域を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。広角端での像高ＩHｗは、中間焦点距離状態の像高ＩＨｓや望遠端での像高ＩＨｔよりも小さくなるようにしている。
図１１に示すように、光軸と撮像面との交点を中心として有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円周上（像高）での倍率を固定し、この円周を補正の基準とする。そして、それ以外の任意の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正する。
例えば、図１１において、半径Ｒの円の内側に位置する任意の半径ｒ1（ω）の円周上の点Ｐ1は、円の中心に向けて補正すべき半径ｒ1'（ω）円周上の点Ｐ2に移動させる。また、半径Ｒの円の外側に位置する任意の半径ｒ2（ω）円周上の点Ｑ1は、円の中心から離れる方向に向けて補正すべき半径ｒ2'（ω）円周上の点Ｑ2に移動させる。ここで、ｒ'（ω）は次のように表わすことができる。
ｒ'（ω）＝αｆtanω （０≦α≦１）
ただし、ωは被写体半画角、ｆは結像光学系（本発明では、ズームレンズ）の焦点距離である。
ここで、前記半径ｒの円上（像高）に対応する理想像高をＹとすると、
α＝Ｒ／Ｙ＝Ｒ／ｆtanω
となる。
光学系は、理想的には、光軸に対して回転対称であり、すなわち歪曲収差も光軸に対して回転対称に発生する。したがって、上述のように、光学的に発生した歪曲収差を電気的に補正する場合には、再現画像上で光軸と撮像面との交点を中心とした有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円の円周上（像高）の倍率を固定して、それ以外の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正することができれば、データ量や演算量の点で有利と考えられる。
ところが、光学像は、電子撮像素子で撮像された時点で（サンプリングのため）連続量ではなくなる。したがって、厳密には光学像上に描かれる上記半径Ｒの円も、電子撮像素子上の画素が放射状に配列されていない限り正確な円ではなくなる。つまり、離散的座標点毎に表わされる画像データの形状補正においては、上記倍率を固定できる円は存在しない。そこで、各画素（Ｘi，Ｙj）毎に、移動先の座標（Ｘ'i，Ｙ'j）を決める方法を用いるのがよい。なお、座標（Ｘ'i，Ｙ'j）に（Ｘi，Ｙj）の２点以上が移動してきた場合には、各画素が有する値の平均値をとる。また、移動してくる点がない場合には、周囲のいくつかの画素の座標（Ｘ'i，Ｙ'j）の値を用いて補間すればよい。
このような方法は、特にズームレンズが有する電子撮像装置において光学系や電子撮像素子の製造誤差等のために光軸に対して歪みが著しく、前記光学像上に描かれる上記半径Ｒの円が非対称になった場合の補正に有効である。また、撮像素子あるいは各種出力装置において信号を画像に再現する際に幾何学的歪み等が発生する場合等の補正に有効である。
本発明の電子撮像装置では、補正量ｒ'（ω）−ｒ（ω）を計算するために、ｒ（ω）すなわち半画角と像高との関係、あるいは、実像高ｒと理想像高ｒ'／αとの関係が、電子撮像装置に内蔵された記録媒体に記録されている構成としてもよい。
なお、歪曲補正後の画像が短辺方向の両端において光量が極端に不足することのないようにするには、前記半径Ｒが、次の条件式を満足するのがよい。
０≦Ｒ≦０．６Ｌs
ただし、Ｌsは有効撮像面の短辺の長さである。
好ましくは、前記半径Ｒは、次の条件式を満足するのがよい。
０．３Ｌs≦Ｒ≦０．６Ｌs
さらには、前記半径Ｒは、略有効撮像面の短辺方向の内接円の半径に一致させるのが最も有利である。なお、半径Ｒ＝０の近傍、すなわち、軸上近傍において倍率を固定した補正の場合は、実質画素数の面で若干の不利があるが、広角化しても小型化にするための効果は確保できる。
なお、補正が必要な焦点距離区間については、いくつかの焦点ゾーンに分割する。そして、該分割された焦点ゾーン内の望遠端近傍で略
ｒ'（ω）＝αｆtanω
を満足する補正結果が得られる場合と同じ補正量で補正してもよい。ただし、その場合、分割された焦点ゾーン内の広角端において樽型歪曲量がある程度残存してしまう。また、分割ゾーン数を増加させてしまうと、補正のために必要な固有データを記録媒体に余計に保有する必要が生じあまり好ましくない。そこで、分割された焦点ゾーン内の各焦点距離に関連した１つ又は数個の係数を予め算出しておく。この係数は、シミュレーションや実機による測定に基づいて決定しておけばよい。そして、前記分割されたゾーン内の望遠鏡近傍で略
ｒ'（ω）＝αｆtanω
を満足する補正結果が得られる場合の補正量を算出し、この補正量に対して焦点距離毎に前記係数を一律に掛けて最終的な補正量にしてもよい。
ところで、無限遠物体を結像させて得られた像に歪曲がない場合は、
ｆ＝ｙ／tanω
が成立する。ただし、ｙは像点の光軸からの高さ（像高）、ｆは結像系（本発明ではズームレンズ）の焦点距離、ωは撮像面上の中心からｙの位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度（被写体半画角）である。
結像系に樽型の歪曲収差がある場合は、
ｆ＞ｙ／tanω
となる。つまり、結像系の焦点距離ｆと、像高ｙとを一定とすると、ωの値は大きくなる。
また、ズームレンズにより撮影された画像の電気信号を、画像処理により倍率色収差による色のずれを補正した画像信号に変換する画像変換部を有することが好ましい。ズームレンズの倍率色収差を電気的に補正することで、より良好な画像を得ることができるようになる。
一般に、電子スチルカメラにおいては被写体の像を、第１原色、第２原色、第３原色の３原色の像に分解して、それぞれの出力信号を演算により重ね合わせることによりカラー画像を再現するようにしている。ズームレンズに倍率色収差がある場合、第１原色の光による像を基準にして考えると、第２原色と第３原色の光による像が結像される位置は第１原色の像が結像される位置からずれることになる。電子的に画像の倍率色収差を補正するためには、第１原色に対する第２原色、第３原色の光の結像位置のずれの量をズームレンズの収差情報に基づいて撮像素子の各画素について予め求めておく。そして、撮影画像の各画素ごとに、第１原色とのズレ量だけ補正するよう座標変換を行ってやればよい。
例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の出力信号からなる画像について説明すれば、Ｇに対するＲとＢの結像位置ずれを各画素について求めておき、Ｇとのずれがなくなるように撮影画像の座標変換を行い、その後にＲとＢの信号を出力してやればよい。
倍率色収差はズーム、フォーカス、絞り値によって変化するが、各レンズポジション（ズーム、フォーカス、絞り値）ごとに、この第１原色からの第２原色及び第３原色のずれ量を補正データとして記憶保持装置に記憶させておくとよい。ズームポジションに応じて、この補正データを参照することで、第１原色信号に対する第２及び第３原色のずれを補正した第２及び第３原色信号とを出力することができる。
またゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞り以外にフレア絞りを配置してもかまわない。
第１レンズ群の物体側、第１、２レンズ群間、第２、３レンズ群間、第３、４レンズ群間、第４、５レンズ群間、最も像面側の群から像面間のいずれの場所に配置しても良い。枠部材によりフレア光線をカットするように構成しても良いし、別の部材を構成しても良い。また光学系に直接印刷しても塗装してもシールなどを接着してもかまわない。またその形状は円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でもかまわない。また有害光束をカットするだけでなく画面周辺のコマフレア等の光束をカットしても良い。
また、各レンズには反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減してもかまわない。マルチコートであれば効果的にゴースト、フレアを軽減できるので望ましい。また赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもかまわない。
また、画像周辺部の明るさのかげり（シェーディング）をＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減しても良い。例えば、各像高における光線の入射角に合わせてＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えても良い。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正しても良い。
ゴースト・フレアの発生を防止するためにレンズの空気接触面に反射防止コートを施すことは一般的に行われている。一方、接合レンズの接合面では接着材の屈折率が空気の屈折率よりも十分高い。そのためもともと単層コート並み、あるいはそれ以下の反射率となっていることが多く、あえてコートを施すことは少ない。しかしながら、接合面にも積極的に反射防止コートを施せばさらにゴースト・フレアを軽減でき、なお良好な画像を得ることができるようになる。
特に、最近では高屈折率硝材が普及し収差補正効果が高いためカメラ光学系に多用されるようになってきているが、高屈折率硝材を接合レンズとして用いた場合、接合面での反射も無視できなくなってくる。そのような場合、接合面に反射防止コートを施しておくことは特に効果的である。
接合面コートの効果的な使用法に関しては、特開平2-27301号、特開2001-324676号、特開2005-92115号、USP7116482等に開示されている。
使用するコート材としては、基盤となるレンズの屈折率と接着材の屈折率に応じて、比較的高屈折率なＴａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＣｅＯ2、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3などのコート材、比較的低屈折率なＭｇＦ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などのコート材、などを適宜選択し、位相条件を満たすような膜厚に設定すれば良い。
当然のことながら、レンズの空気接触面へのコーティング同様、接合面コートをマルチコートとしても良い。２層あるいはそれ以上の膜数のコート材や膜厚を適宜組み合わせることで、更なる反射率の低減や、反射率の分光特性・角度特性等のコントロールなどを行うことが可能となる。また第１レンズ群以外のレンズ接合面についても、同様の思想に基づいて接合面コートを行うことが効果的なのは言うまでもない。
図１２〜図１４は、以上のようなズームレンズを撮影光学系４１に組み込んだ本発明によるデジタルカメラの構成の概念図を示す。図１２はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１３は同後方正面図、図１４はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な断面図である。ただし、図１２と図１４においては、撮影光学系４１の非沈胴時を示している。
デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７、焦点距離変更ボタン６１、設定変更スイッチ６２等を含み、撮影光学系４１の沈胴時には、カバー６０をスライドすることにより、撮影光学系４１とファインダー光学系４３とフラッシュ４６はそのカバー６０で覆われる。そして、カバー６０を開いてカメラ４０を撮影状態に設定すると、撮影光学系４１は図２０の非沈胴状態になり、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のズームレンズを通して撮影が行われ、撮影光学系４１によって形成された物体像が、波長域制限コートを施したローパスフィルターＦとカバーガラスＣを介してＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。
このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる、なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスク（登録商標）やメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。ファインダー用対物光学系５３は、複数のレンズ群（図の場合は３群）と正立プリズム５５ａ、５５ｂ、５５ｃからなる正立プリズム系５５とから構成され、撮影光学系４１のズームレンズに連動して焦点距離が変化するズーム光学系からなり、このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材である正立プリズム系５５の視野枠５７上に形成される。この正立プリズム系５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、接眼光学系５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。
図１５は、上記デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一次記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記憶手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。
図１５に示すように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。
上記の一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。
操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。
制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ４０全体を制御する回路である。
ＣＣＤ４９は、本発明による撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮影駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。
ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。
一次記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一次記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一次記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。
表示部２０は、液晶表示モニター４７を備え、その液晶表示モニター４７に画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が、本発明により、十分な広角域を有し、コンパクトな構成としながら、高変倍で全変倍域で結像性能が極めて安定的であるので、高性能・小型化・広角化が実現できる。そして、広角側、望遠側での速い合焦動作が可能となる。
本発明は、以上のような一般的な被写体を撮影する所謂コンパクトデジタルカメラだけではなく、広い画角が必要な監視カメラや、レンズ交換式のカメラに適用してもよい。
本発明のズームレンズの実施例１の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 本発明のズームレンズの実施例２の図１と同様の図である。 本発明のズームレンズの実施例３の図１と同様の図である。 本発明のズームレンズの実施例４の図１と同様の図である。 本発明のズームレンズの実施例５の図１と同様の図である。 実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。 歪曲収差の補正を示す図である。 本発明によるデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。 図１２のデジタルカメラの後方斜視図である。 図１２のデジタルカメラの断面図である。 図１２のデジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。
符号の説明
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
Ｓ…明るさ絞り
Ｆ…光学的ローパスフィルター
Ｃ…カバーガラス
Ｉ…像面
Ｅ…観察者眼球
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…正立プリズム系
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、…正立プリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
６０…カバー
６１…焦点距離変更ボタン
６２…設定変更スイッチ

Claims (23)

  1. 物体側から像側に順に、
    負屈折力の第１レンズ群と、
    正屈折力の第２レンズ群と、
    正屈折力の第３レンズ群と、
    負屈折力の第４レンズ群と、
    を有し、
    広角端から望遠端へのズーミングの際に、少なくとも前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群が移動し、かつ、前記各レンズ群の間の間隔が変化し、
    前記第１レンズ群は、物体側から像側に順に、光軸上にて間隔を空けて配置された負屈折力の負レンズ成分と正屈折力の正レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、
    前記第２レンズ群は、物体側から像側に順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズからなり、
    前記第４レンズ群は物体側に凹面を向けた１つの負レンズ成分からなり、
    前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分と前記第４レンズ群中の前記負レンズ成分が以下の条件式（１）を満足する
    ことを特徴とするズームレンズ。
    −０．８０＜ｒG1nr／ｒG4nf＜−０．４０ ・・・（１）
    ただし、ｒG1nrは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の像側面の近軸曲率半径、
    ｒG4nfは、前記第４レンズ群中の前記負レンズ成分の物体側面の近軸曲率半径、
    である。
  2. 物体側から像側に順に、
    負屈折力の第１レンズ群と、
    正屈折力の第２レンズ群と、
    正屈折力の第３レンズ群と、
    負屈折力の第４レンズ群と、
    を有し、
    広角端から望遠端へのズーミングの際に、少なくとも前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群が移動し、かつ、前記各レンズ群の間の間隔が変化し、
    前記第１レンズ群は、物体側から像側に順に、光軸上にて間隔を空けて配置された負屈折力の負レンズ成分と正屈折力の正レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、
    前記第２レンズ群は、物体側から像側に順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズからなり、
    前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分が以下の条件を満足する負レンズを有する
    ことを特徴とするズームレンズ。
    １．７８＜ｎｄG1n＜２．４０ ・・・（２）
    ただし、ｎｄG1nは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分中のいずれかの負レンズのｄ線における屈折率である。
  3. 前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分が以下の条件式（２）を満足する負レンズを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
    １．７８＜ｎｄG1n＜２．４０ ・・・（２）
    ただし、ｎｄG1nは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分中のいずれかの負レンズのｄ線における屈折率である。
  4. 前記第４レンズ群が、１つの負レンズ成分からなる
    ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
  5. 前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の像側面と前記第４レンズ群の物体側面がともに凹面の非球面である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のズームレンズ。
  6. 前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分と前記正レンズ成分がそれぞれ単レンズである
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のズームレンズ。
  7. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群はそれぞれ１つのレンズ成分からなる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のズームレンズ。
  8. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群はそれぞれ単レンズである
    ことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
  9. 以下の条件式（３）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のズームレンズ。
    ０．１＜ＤG1np／ＤG3G4＜１．０ ・・・（３）
    ただし、ＤG1npは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分と前記正レンズ成分との光軸上での距離、
    ＤG3G4は、望遠端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との光軸上での距離、
    である。
  10. 前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分が以下の条件式（４）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のズームレンズ。
    −１．０＜（ｒG1nf＋ｒG1nr）／（ｒG1nf−ｒG1nr）＜０．７５ ・・・（４）
    ただし、ｒG1nfは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の物体側面の近軸曲率半径、
    ｒG1nrは、前記第１レンズ群中の前記負レンズ成分の像側面の近軸曲率半径、
    である。
  11. 前記第２レンズ群が以下の条件式（５）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のズームレンズ。
    ０．１０＜ｆG2／ｆｔ＜０．５５ ・・・（５）
    ただし、ｆG2は、前記第２レンズ群の焦点距離、
    ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  12. 前記第１レンズ群が以下の条件式（６）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のズームレンズ。
    −０．７０＜ｆG1／ｆｔ＜−０．２０ ・・・（６）
    ただし、ｆG1は、前記第１レンズ群の焦点距離、
    ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  13. 前記第２レンズ群が以下の条件式（７）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のズームレンズ。
    ０．０１＜σG2／ｆｔ＜０．２５ ・・・（７）
    ただし、σG2は、前記第２レンズ群の光軸上の厚み、
    ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  14. 以下の条件式（８）を満足する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のズームレンズ。
    ３．０＜ｆｔ／ｆｗ＜２０．０ ・・・（８）
    ただし、ｆｔは、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    ｆｗは、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  15. 前記ズームレンズ中のレンズ群が前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群の４つのみである
    ことを特徴とする請求項１４に記載のズームレンズ。
  16. 広角端から望遠端へのズーミングの際に、前記第２レンズ群と一体で移動する明るさ絞りを有する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載のズームレンズ。
  17. 前記第３レンズ群のみを物体側に移動させて遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のズームレンズ。
  18. 前記第３レンズ群が、負レンズと正レンズを有する接合レンズ成分を含む
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のズームレンズ。
  19. 前記第４レンズ群が１枚のプラスチック単レンズからなる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のズームレンズ。
  20. ズームレンズと、
    前記ズームレンズの像側に配置された撮像面を有し、かつ、前記撮像面上の光学像を電気信号に変換する撮像素子を有し、
    前記ズームレンズが請求項１乃至請求項１９のいずれかのズームレンズであることを特徴とする撮像装置。
  21. 広角端から望遠端へのズーミングの際に、
    前記第４レンズ群は前記撮像面に対して固定である
    ことを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
  22. 前記ズームレンズによるディストーションを含んだ前記電気信号を、画像処理によりディストーションを補正した画像信号に変換する画像変換部を有する
    ことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の撮像装置。
  23. 前記ズームレンズによる倍率の色収差を含んだ前記電気信号を、画像処理により補正した画像信号に変換する画像変換部を有する
    ことを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
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