JP4869704B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いた電子スチルカメラや携帯端末用カメラモジュールへの搭載に適したズームレンズに関する。

従来、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いた電子スチルカメラ（デジタルスチルカメラともいう。）や電子ビデオカメラ、あるいは携帯端末用カメラモジュールなどの電子撮像装置が開発されている。近年では、パーソナルコンピュータが一般家庭にも普及しており、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力し、加工や配布等を簡便に行うことができるので、これらの電子撮像装置の市場が急速に拡大しつつある。

こうした状況下、電子撮像装置に搭載される撮像レンズ（特にズームレンズ）に対し、性能、コストおよびサイズといった面でのバランスに優れたものが強く求められるようになってきている。従来のズームレンズとしては、例えば特許文献１および２に開示されたものが知られていた。これら特許文献１および２に記載のズームレンズは、いずれも４枚構成である。具体的には、特許文献１のズームレンズは、負の単レンズからなる第１群と
、正レンズおよび負レンズの２枚構成の第２群と、正の単レンズからなる第３群とを備えたものであり、変倍時には、第３群を固定したまま第１群および第２群が可動するようになっている。一方、特許文献２のズームレンズは、物体側から順に、正レンズおよび負レンズを１枚ずつ有する負の第１レンズ群と、正レンズおよび負レンズを１枚ずつ有する正の第２レンズ群とを備えたものであり、変倍時には、第１レンズ群および第２レンズ群の相互間隔が変化するように構成されている。

また、上記の撮像用のズームレンズと類似した構造を有するものとして、実像式光学ズームファインダ（以下、単にファインダという。）に搭載された対物レンズ系を挙げることができる（例えば特許文献３参照）。特許文献３記載のファインダは、遮光手段が所定位置にそれぞれ設けられた４枚構成の対物レンズ系や接眼レンズ系を備えており、コンパクト化を図ると共にフレアの原因となる有害光束の遮光を実現している。このようなファインダでは、一般に、対物レンズ系がズーム構成となっており、この対物レンズ系と接眼レンズ系との間に正立プリズム系が設けられている。正立プリズム系は、コスト低減の観点からガラス製ではなくプラスチック製であり、反射面に反射コートを有していないことが多い。このため、正立プリズム系へ入射する光束がテレセントリックとなるように対物レンズ系が構成されている。
特開２００３−１７７３１５号公報 特開２００５−００４０２０号公報 特開平９−２１１５４７号公報

ところが、特許文献３のようなファインダにおける対物レンズ系には、明るさを決める固定絞りが設けられていない。これは、ファインダを使用する観察者自身の瞳孔径が固定絞りとなるからである。また、対物レンズ系から射出して正立プリズム系に入射する光束がテレセントリックであることから、ズーミングの際、対物レンズ系内で各レンズ位置および口径が変化するのが一般的である。これに対し撮像用のズームレンズでは明るさ絞りが必要となる。このため、ファインダの対物レンズ系をそのまま撮像用のズームレンズと
して用いるようにすると、光束の入射高さの相違により結像性能に影響が現れることとなる。また、ファインダには上記したように正立プリズム系が配置されることから、それに相当する比較的大きなバックフォーカスを確保する必要があり、コンパクト性に欠ける傾向がある。例えば特許文献３のファインダの場合、入射画角から推定した対物レンズ系の結像面上での画面対角サイズに対するバックフォーカスの比は２．１２（空気換算）である。さらに、このようなファインダにおいては観察者眼の調節能力に頼る部分が多いことから、対物レンズ系を撮像用のズームレンズとして捉えた場合、歪曲収差、球面収差および色収差等の性能面で不十分と言わざるを得ない。なお、特許文献３では、第１レンズ群Ｌ１の構成材料としてアッベ数が３０．０の高分散材料が使用されているが、これは固定絞りに相当する瞳孔が接眼レンズ系の側に位置することに起因するものである。

また、特許文献１のズームレンズは、主として携帯端末用のカメラモジュールに搭載される電子撮像素子用のズームレンズであり、レンズ全長が短くコンパクトであるが、バックフォ−カスが短すぎてフランジバックを確保することが困難である。さらに、広角端での射出角が２０゜前後と大きく、汎用の撮像素子用ズームレンズとしては対応し難い。一方、特許文献２のズームレンズでは、第１レンズ群および第２レンズ群においてそれぞれ正レンズと負レンズとが対をなしていることから、第１レンズ群および第２レンズ群の各々の内部において発生する諸収差を抑えることは可能である。しかし、その反面、各レンズ群の屈折力をあまり強くすることはできない。そのため、良好な光学性能を維持しながら変倍比を３倍程度まで大きくしようとすると、各レンズ群の移動量が増大してしまう。その結果、全長が大きくなったり、レンズ径の大型化を招くこととなる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、よりコンパクトな構成でありながら高い結像性能を発現するズームレンズを提供することにある。

本発明の第１のズームレンズは、負の第１レンズと、正の第２レンズと、明るさ絞りと、負の第３レンズと、正の第４レンズとを物体側から順に備えた４枚構成のズームレンズである。第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔が変化することにより変倍動作を行い、かつ、以下の条件式（１）〜（４）を全て満足し、かつ、第３レンズが光軸上で移動することにより合焦動作を行うように構成されている。但し、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離、ｄｔは広角端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔、ｄｗは望遠端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔、ｆｗは望遠端での全系の焦点距離、νｄ１は第１レンズのｄ線に対するアッベ数である。ここで、第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔とは、第１レンズと第２レンズとの間隔、第２レンズと第３レンズとの間隔、および第３レンズと第４レンズとの間隔を意味する

０．３５＜ｆ２／ｆ４＜０．７０ ……（１）
０．０４＜（ｄｔ−ｄｗ）／ｆｗ＜０．４０ ……（２）
１．６５＜ｆ４／ｆｗ＜２．２０ ……（３）
５０＜νｄ１ ……（４）

本発明のズームレンズでは、４枚という少ない枚数のレンズが配置されており、それらの相互間隔が各々変化するようになっている。これにより変倍比の確保と共にコンパクト化が実現され、かつ、良好な結像性能が確保される。ここで、第２レンズの焦点距離と第４レンズの焦点距離との比が条件式（１）を満足することにより、全体の小型化と、軸外光の射出角適正化との両立が図られている。さらに、条件式（２）を満足するように構成されているので、諸収差が良好に補正されると共にバックフォーカスの適正化が図られる。さらに、条件式（３）を満足するようにしたので、バックフォーカスおよび軸外射出光の射出角が適正化される。さらに、条件式（４）を満足するようにしたので、軸上色収差
が低減される。

本発明のズームレンズでは、例えば、少なくとも第２レンズおよび第３レンズが光軸上を移動することにより、第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔が変化するようになっている。また、少なくとも変倍動作時において、第４レンズと結像面との距離が一定に保持されるようにしてもよいし、第１レンズおよび第４レンズが一体となって光軸上で移動するようにしてもよいし、あるいは、第１レンズと結像面との距離が一定に保持されるようにしてもよい。

本発明のズームレンズでは、第３レンズが光軸上で移動することにより合焦動作を行うように構成されている。第３レンズ群をフォーカス群とした場合には、合焦動作時の移動量が比較的小さくてすみ、かつ、像面湾曲などによる画像の劣化が生じにくい。また、本発明のズームレンズにおいて、少なくとも第１レンズおよび第２レンズが有機材料により構成されているとコスト低減および軽量化の面で有利である。

本発明のズームレンズでは、周囲の温度を測定する温度検出部と、温度検出部からの温度情報に基づき、ピント位置補正量を算出する制御部と、制御部からの制御信号により、第１レンズから第４レンズのうちの少なくとも１つを、ピント位置補正量に応じて移動させる駆動部とをさらに備えるようにするとよい。

本発明のズームレンズでは、少なくとも第３レンズが光軸に沿って連続的に移動することにより、変倍動作と合焦動作とを交互に行うように構成されていてもよい。

本発明の第２のズームレンズは、負の第１レンズと、正の第２レンズと、明るさ絞りと、負の第３レンズと、正の第４レンズとを物体側から順に備えた４枚構成のズームレンズである。第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔が変化することにより変倍動作を行い、かつ、以下の条件式（１）〜（４）を全て満足し、かつ、屈曲光学系を構成するための反射面が、第１レンズまたはその前後に設けられている。

本発明のズームレンズによれば、負の第１レンズと、正の第２レンズと、明るさ絞りと、負の第３レンズと、正の第４レンズとを物体側から順に配置し、第１レンズ〜第４レンズの各々の相互間隔を変化させることにより変倍を行い、かつ、所定の条件式（１）〜（４）を全て満たすようにしたので、十分な変倍比を確保しつつコンパクト化を実現し、かつ高い結像性能を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明における一実施の形態としてのズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図７，図１１）のレンズ構成に対応している。また、図２〜図４は、それぞれ本実施の形態における第２〜第４の構成例を示している。第２の構成例は後述の第２の数値実施例（図８，図１２）のレンズ構成に対応し、第３の構成例は後述の第３の数値実施例（図９，図１３）のレンズ構成に対応し、第４の構成例は後述の第４の数値実施例（図１０，図１４）のレンズ構成に対応している。図１〜図４において、符号Ｓｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面を示す。符号Ｒｉは、面Ｓｉの曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図１に示したズームレンズの構成例を基本にして説明し、必要に応じて図２〜図４の構成例についても説明する。

このズームレンズは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたデジタルカメ
ラ等に搭載されて使用されるものである。このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って、第１レンズＧ１と、第２レンズＧ２と、第３レンズＧ３と、第４レンズＧ４とが物体側から順に配設された構成となっている。このズームレンズの結像面（撮像面）Ｓimgには、ＣＣＤなどの撮像素子（図示せず）が配置される。第４レンズＧ４と結像面Ｓimgとの間には、撮像素子の撮像面Ｓimgを保護するためのカバーガラスＧＣが配置されている。カバーガラスＧＣのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの他の光学部材が配置されていても良い。

第１レンズＧ１は負の屈折力を有しており、例えば近軸近傍においてメニスカス形状をなしている（第１の構成例）。あるいは、近軸近傍において両凹形状をなすようにしてもよい（第２〜第４の構成例）。また、物体側の面Ｓ１が像側の面Ｓ２よりも絶対値の大きな曲率を有するようになっている。さらに、面Ｓ１および面Ｓ２のうちの少なくとも一方が非球面であることが望ましく、特に、両面Ｓ１，Ｓ２が非球面であることがより望ましい。

第２レンズＧ２は正の屈折力を有しており、例えば近軸近傍において両凸形状をなしている。また、像側の面位置には明るさ絞りＳｔが設けられている。この明るさ絞りは常に第２レンズＧ２と一体となって移動する。さらに、面Ｓ３および面Ｓ４のうちの少なくとも一方が非球面であることが望ましく、特に、両面Ｓ３，Ｓ４が非球面であることがより望ましい。この第２レンズＧ２は、変倍動作に最も大きく寄与する。

第３レンズＧ３は負の屈折力を有しており、例えば近軸近傍において両凹形状をなしている（第１，第４の構成例）。あるいは、メニスカス形状をなすようにしてもよい（第２，第３の構成例）。また、物体側の面Ｓ６が像側の面Ｓ７よりも絶対値の大きな曲率を有するようになっている。さらに、面Ｓ６および面Ｓ７のうちの少なくとも一方が非球面であることが望ましく、特に、両面Ｓ６，Ｓ７が非球面であることがより望ましい。

第４レンズＧ４は正の屈折力を有しており、例えば近軸近傍において両凸形状をなしている（第１〜第３の構成例）。あるいは、メニスカス形状をなすようにしてもよい（第４の構成例）。

また、軽量化および低コスト化と、周囲の温度変化に伴うピント位置の変動の抑制とを両立させるという観点から、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２をいずれも有機材料によって構成することが望ましい。これに加え、第３レンズＧ３についても有機材料によって構成すると結像性能の劣化の抑制が容易となり、いっそう好ましい。

なお、本実施の形態において、近軸近傍におけるレンズ形状は、例えば後述の非球面式（ＡＳＰ）において係数Ｋに係る部分（係数Ａｎに係る多項式部分を除いた部分）によって表される。

さらに、このズームレンズは以下の条件式（１）〜（４）を全て満足するように構成されている。但し、第２レンズＧ２の焦点距離をｆ２、第４レンズＧ４の焦点距離をｆ４、広角端での第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との光軸Ｚ１上における間隔をｄｔ、望遠端での第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との光軸Ｚ１上における間隔をｄｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズＧ１のｄ線に対するアッベ数をνｄ１としている。
０．３５＜ｆ２／ｆ４＜０．７０ ……（１）
０．０４＜（ｄｔ−ｄｗ）／ｆｗ＜０．４０ ……（２）
１．６５＜ｆ４／ｆｗ＜２．２０ ……（３）
５０＜νｄ１ ……（４）

さらに、このズームレンズは、図５に示したように、温度検出部１０と、制御部２０と、駆動部３０とを含むピント補償機構４０を備えている。温度検出部１０は、例えば、ズームレンズ周辺の環境温度を測定する温度センサ１１と、その測定値に基づく温度情報１を制御部２０へ供給する温度検出回路１２とを有するものである。制御部２０は、温度検出回路１２からの温度情報１に基づいてピント位置補正量を算出し、駆動部３０へ制御信号２を発するものである。駆動部３０は、制御部２０からの制御信号２に基づき、ピント位置補正量に対応した距離分だけ第３レンズＧ３を光軸Ｚ１上で移動させるように機能するものである。駆動部３０は、例えば、第３レンズＧ３が取り付けられたステージ３１と、このステージ３１を駆動する駆動源としてのモータ３２と、モータ３２による駆動力をステージ３３へ伝達するシャフト３３とによって構成されている。駆動部３０は、変倍動作の際には第３レンズＧ３と共に移動する。

次に、以上のように構成された本実施の形態のズームレンズの作用および効果を説明する。

このズームレンズでは、変倍動作時において第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４における各々の相互間隔が変化する。すなわち、面間隔Ｄ２，Ｄ５，Ｄ７が全て変化することで変倍が行われるようになっている。第１〜第４の構成例では、いずれにおいても主に第２レンズＧ２の光軸Ｚ１上の移動により変倍が行われ、その他のレンズは変倍動作に関して補助的な機能を果たすように構成されている。第２レンズＧ２は、第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４のうち正の屈折力が最も大きく、かつ、軸上光束の光線高さが最も高いものである。したがって、全系の焦点距離およびバックフォーカスを決定する重要因子である。但し、第１の構成例では、結像面Ｓimgを基準としたときに第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４の全てを移動するようになっているが、第２の構成例（図２）のように、第４レンズＧ４を固定し、第４レンズＧ４と結像面Ｓimgとの距離（面間隔Ｄ９〜Ｄ１１の和、すなわちバックフォーカス）を一定に保持するようにしてもよい。あるいは、第３の構成例（図３）のように、第１レンズＧ１および第４レンズＧ４が一体となって、すなわち面間隔Ｄ２〜Ｄ７の和を一定としたまま光軸Ｚ１上で移動させることにより変倍動作を行うこともできる。または、第４の構成例（図４）のように、第１レンズＧ１と結像面Ｓimgとの距離を一定に保持した状態で（すなわち第１レンズＧ１を固定した状態のまま）第２レンズＧ２〜第４レンズＧ４を光軸Ｚ１上で移動させることにより変倍動作を行うようにしてもよい。

合焦動作については、主に第３レンズＧ３が光軸Ｚ１上で移動することにより行われる。第３レンズＧ３は、無限遠から至近側へ合焦する際に光軸Ｚ１上で像側へ移動する。このズームレンズでは、第３レンズＧ３をフォーカス群とすることで、他のレンズを移動させるようにした場合と比べて移動量が小さくなるうえ、像面変動が比較的軽微であり、補正が容易となる。特に、被写体距離が至近である場合の性能劣化が小さいうえ、製造誤差分や温湿度変化によるピントずれの補正にも対応し易くなる。

このズームレンズでは、特に、第３レンズＧ３が光軸Ｚ１に沿って連続的に移動することにより変倍動作と合焦動作とを交互に行うように構成されている。図６は、広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を例示した概念図である。縦軸は結像面Ｓimgの位置から各レンズまでの距離を示している。一方の横軸は、各レンズのポジション、すなわち第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４の配置状態を示している。具体的には、W.INFは被写体距離が無限遠の場合における広角端でのポジションを示し、W.至近は被写体距離が至近（例えば０．２ｍ）の場合における広角端でのポジションを示している。同様に、M.INFは被写体距離が無限遠の場合における中間でのポジションを表し、M.至近は被写体距離が至近の場合における中間でのポジションを表し、T.INFは被写体距離が無限遠の場合における望遠端でのポジションを表し、T.至近は被写体距離が至近の場合における望遠端でのポジションを表す。

図６において、W.INFからW.至近までの領域と、M.INFからM.至近までの領域と、T.INFからT.至近までの領域とがピント調整を行う合焦領域であり、W.至近からM.INFまでの領域と、M.至近からT.INFまでの領域とが変倍動作を行う変倍領域である。図６では、第１レンズＧ１〜第３レンズＧ３がそれぞれ光軸上で移動する一方、第４レンズＧ４が固定となっている例を示している。ここで、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２については、結像面Ｓimgからの距離が変倍領域においてのみ変化し、合焦領域においては変化しない。これに対し、第３レンズＧ３については、変倍領域および合焦領域の双方において結像面Ｓimgからの距離が変化するように構成されている。特に、第３レンズＧ３は、広角端から望遠端に至るまでの一連の移動により変倍動作と合焦動作とを交互に行うようになっているので、例えば第３レンズＧ３に係る１つのカム機構を１つの駆動源により駆動させることで、このズームレンズにおける変倍動作および合焦動作の双方を実施することが可能である。したがって、シャッターボタンを押してから撮影を行うまでの時間が短縮されるうえ、より簡素な構成が実現される。よって、撮影動作における応答速度に優れ、かつコンパクトなカメラの実現に寄与するものとなる。なお、ここでは第４レンズＧ４を固定としたが、変倍領域において結像面Ｓimgからの距離が変化するようにしてもよい。さらに、本実施の形態におけるズームレンズは、合焦領域における第１レンズＧ１、第２レンズＧ２および第４レンズＧ４の光軸上の移動を禁止するものではなく、諸収差の補正のため、各レンズについて微調整を適宜行うようにしてもよい。さらに、図６では、広角端から望遠端へ向かう場合、W.INF→W.至近→M.INF→M.至近→T.INF→T.至近という順序でポジションが変化するが、これとは異なり、W.至近→W.INF→M.至近→M.INF→T.至近→T.INFという順序でポジションが変化するように構成してもよい。

さらに、このズームレンズでは、ピント補償機構４０によって第３レンズＧ３の位置を微調整することにより、周囲の環境の温度変化に伴うピントずれの補正が行われる。以下、図５を参照して、ピント補正動作について説明する。温度検出部１０は温度センサ１１を利用してズームレンズの環境温度を常時モニタリングし、温度検出回路１２によって温度情報１を制御部２０へ断続的に送信している。ここで、シャッターボタンが押されて撮影準備動作が開始されると、測距部５０から被写体距離情報３が制御部２０へ送信される。制御部２０では、温度情報１と、被写体距離情報３に対応する基準データとの比較を行い、ピント位置補正量を算出したのち、制御信号２によって第３レンズＧ３の移動動作を指示する。ピント位置補正量とは、基準温度での被写体距離情報３に対応したピント位置（基準位置）と、ある環境温度でのピント位置とのずれ量に相当するものである。駆動部３０に制御信号２が入力されるとモータ３２によってシャフト３２が回転し、ステージ３１と共に第３レンズＧ３が光軸Ｚ１に沿って移動を開始する。モータ３２は、ピント位置補正量に対応した距離分だけ第３レンズＧ３が移動した時点で停止する。このように、環境温度を予め測定しておき、温度変化によるピント位置のずれ量を算出し、合焦動作において第３レンズＧ３のピント位置に補正を加えるようにしたので、温度に起因する補正を素早く、かつ精度良く行うことができる。よって、撮影準備動作を開始してから、より短時間での撮影が可能となる。

また、このズームレンズでは、変倍動作の際に明るさ絞りが常に第２レンズＧ２と一体となって移動することにより、結像面Ｓimgへ向かう軸外光束の射出角度が適正化されると共に変倍域の全体に亘って十分な明るさが維持される。例えば、第１レンズＧ１の近傍に明るさ絞りを配置した場合には、変倍比に応じて明るさが変動してしまい、望遠端で暗くなってしまううえ、軸外光束の射出角度を低く抑えようとするとレンズ移動量が制限されるので十分な変倍比が得られなくなってしまう。一方、第３レンズＧ３および第４レンズＧ４の像側に明るさ絞りを配置した場合には、軸外光束の射出角度が大きくなりすぎてしまい、第１レンズＧ１のレンズ外径を大きくせざるを得ないなどの不都合を生じる。本実施の形態では、第２レンズＧ２の面Ｓ４と常に接するように明るさ絞りを設けたので、ズームレンズとして十分な機能を保ちつつコンパクト化が可能となる。

さらに、このズームレンズでは、第４レンズＧ４が、結像面Ｓimgへ向かう軸外光束の射出角度を制御する重要な因子となっている。すなわち、第４レンズＧ４は、軸上光束の光線高さが低い一方で軸外光束の光線高さが高いものであることから、その屈折力の変化により、全系の焦点距離をあまり変えることなく軸外光束の射出角度を調整する機能を有している。

条件式（１）は、第２レンズＧ２の焦点距離ｆ２と第４レンズＧ４の焦点距離ｆ４との比率を規定するものであり、全体構成の小型化と結像面Ｓimgへ向かう軸外光束の射出角度の適正化との両立を図るための条件を表している。ここで、条件式（１）の下限を下回ると、レンズ全長を短くすることができるものの、広角端でのバックフォーカスが短くなりすぎたり、軸外光束の射出角度が大きくなりすぎてしまう。すなわち、撮像素子の周縁部におけるシェ−ディングが大きくなり、ノイズが発生し易く、ダイナミックレンジの確保が困難になる。一方、条件式（１）の上限を上回ると、第４レンズＧ４の屈折力が強くなることで広角端での射出角については十分小さくすることができるものの、第２レンズＧ２の屈折力が弱くなりすぎてしまい、変倍動作時のレンズ移動量が増大するうえバックフォーカスも長くなるなど、全体構成の小型化が困難となる。

条件式（２）は、主に、良好な色収差を維持するための条件を表している。（ｄｔ−ｄｗ）／ｆｗの値を適正化することで広角側に比べて望遠側での倍率色収差が補正過剰となるので、第１レンズＧ１において生ずる望遠側での補正不足をキャンセルすることとなる。そのうえ、望遠側でのバックフォーカスが適度な長さに保持され、望遠側のレンズ全長の増大が抑制される。ここで、条件式（１）の上限を上回ると、望遠側でのバックフォーカスが小さくなりすぎたり、望遠側の倍率色収差が過剰になりすぎたりしてしまう。さらに広角端での間隔ｄｔと望遠端でのｄｗとの差が広がり過ぎてしまい、たとえ第２レンズＧ２および第３レンズＧ３の各レンズ面を非球面化したとしても、軸上色収差および倍率色収差を全ズーム域に亘ってバランス良く補正することが困難となる。一方、条件式（２）の下限を下回ると、望遠側での倍率色収差の補正が不足気味となり問題である。これを避けるために第４レンズＧ４の屈折力を弱めることにより補正しようとすると、第２レンズＧ２の屈折力を大きくしなければならない。その場合、結果として条件式（１）の範囲から外れてしまうので、上記特許文献１のように広角端でのバックフォーカスが不十分となる。

条件式（３）は、広角端での全系の焦点距離ｆｗに対する第４レンズＧ４の焦点距離ｆ４の比率を規定するものである。ここで、条件式（３）の下限を下回ると、第４レンズＧ４の屈折力が強くなり、軸外光束の射出角が小さくなるので撮像素子への適応性は良くなるものの、広角端での焦点距離ｆｗを維持するために第２レンズＧ２の屈折力が小さくなりすぎてしまい、軸上光束の途中での光線高さが抑えられずバックフォーカスが長くなり、全長の増大を招いてしまう。一方、条件式（３）の上限を上回ると、広角端でのバックフォーカスが小さくなりすぎ、かつ、軸外光束の射出角度が大きくなりすぎてしまう。

条件式（４）は、第１レンズＧ１の光学材料におけるｄ線に対するアッベ数νｄ１の適正範囲を規定するものであり、全系の色収差を良好に保つための条件である。アッベ数νｄ１は、実像式ズームファインダにおける対物レンズとの相違を顕著に示している。本実施の形態のズームレンズでは、各レンズが独立して移動するように構成されているので、特に色収差の変動の抑制が重要となる。条件式（４）を満足することにより、軸上色収差および倍率色収差が良好に補正されるが、下限を下回ると、広角端では倍率色収差が増大し、望遠端では軸上色収差が増大することとなってしまう。

このように、本実施の形態のズームレンズによれば、第１〜第４レンズＧ１〜Ｇ４を上記のように構成し、さらに各条件式（１）〜（４）を全て満足するようにしたので、コンパクト化を実現すると共に高い結像性能を確保することができる。

特に、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２をいずれも有機材料により構成した場合には、軽量化と、周囲の温度変化に伴うピント位置変動の抑制とを両立させることができる。この場合、第３レンズＧ３についても有機材料によって構成すると、温度変化に伴うピント位置変動を、より簡便に補正することができる。

また、第２の構成例（図２）のように、変倍時および合焦時において第４レンズＧ４を固定し、バックフォーカスを一定に保持するようにした場合には、第１レンズＧ１から第３レンズＧ３についてのみを移動群とすればよいので機械的な構造の簡素化を図ることができる。なお、第４レンズＧ４をフォーカス群として移動させる場合には、変倍機構と合焦機構とを機械的に分離すればよい。

また、第３の構成例（図３）のように、変倍動作の際、第１レンズＧ１と第４レンズＧ４との相互間隔を一定に保持するようにした場合には、移動群が実質的に第１レンズＧ１および第４レンズＧ４と、第２レンズＧ２と、第３レンズＧ３との３つとなるので、機械的構造の簡素化を図ることができる。

また、第４の構成例（図４）のように、第１レンズＧ１と結像面Ｓimgとの距離を一定に保持した状態で変倍動作を行うようにした場合には、全体構成のコンパクト化に有利となる。

次に、本実施の形態に係る結像レンズの具体的な数値実施例について説明する。

以下では、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。ここで、図７〜図１０は、図１〜図４に示した第１〜第４の構成例としてのズームレンズに対応する具体的な基本レンズデータ（実施例１〜４）をそれぞれ示している。さらに、図１１〜図１４は、第１〜第４の構成例としてのズームレンズに対応する非球面形状に関するデータをそれぞれ示している。

図７〜図１０に示した基本レンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の撮像レンズについて、図１〜図４にそれぞれ示した符号Ｓｉに対応させて、絞りＳｔおよびカバーガラスＧＣを含め、除き最も物体側にある構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１１）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１〜図４で示した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１〜図４で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、それぞれ、カバーガラスＧＣも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜５）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。なお、カバーガラスＧＣの両面の曲率半径Ｒ１０，Ｒ１１の値が０（ゼロ）となっているが、これは平面であることを示す。このカバーガラスＧＣは、通常、結像面（撮像面）Ｓimgに対して一定の位置に固定されるものであるが、ここでは便宜的に第４レンズＧ４と
一体に移動するようにしている。

図７〜図１０において面番号Ｓｉの左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。各実施例共に、第１レンズＧ１および第２レンズＧ２の両面Ｓ
１〜Ｓ４が非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。

図１１〜図１４の各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

各非球面データには、以下の式（ＡＳＰ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｉ，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。

Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋Σ（Ａ_n・ｈⁿ） ……（ＡＳＰ）
但し、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａｎ：第ｎ次（ｎ＝３〜１６）の非球面係数

実施例１では、図１１に示したように、第１レンズＧ１の両面における非球面形状が、非球面係数として偶数次の係数Ａ₄，Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀のみならず、奇数次の非球面係数Ａ₃，Ａ₅，Ａ₇，Ａ₉をも有効に用いたものとなっている。

この実施例１〜４に係る各ズームレンズは、変倍動作に伴って第１レンズＧ１から第４レンズＧ４の各々の相互間隔が変化するようになっているので、面間隔Ｄ２，Ｄ５，Ｄ７およびＤ１１の値が可変となっている。但し、実施例２に限り第４レンズＧ４が移動しないので、面間隔Ｄ１１は不変である。なお、各実施例では、第４レンズＧ４とカバーガラスＧＣとの面間隔は一定となっている。図１５〜図１８に、各実施例について、これらの面間隔Ｄ２，Ｄ５，Ｄ７およびＤ１１の広角端、中間域および望遠端での値を示す。図１５〜図１８には、さらに広角端、中間域および望遠端での全系の焦点距離、バックフォーカス（空気換算）、Ｆ値（ＦＮＯ．）、および画角２ωの各値についても示す。全系の焦点距離およびバックフォーカス（空気換算）の単位は、いずれもミリメートル（ｍｍ）である。

図１９は、上述の条件式（１）〜（４）に対応する値を、各実施例についてまとめて示したものである。図１９に示したように、各実施例の値が、全て条件式（１）〜（４）の数値範囲内となっている。

図２０〜図２３は、各実施例について温度補償に関するデータをまとめたものである。図２０〜図２３は、広角端および望遠端について、被写体距離０．２ｍでのフォーカス量（ｍｍ）、３０℃上昇時のピント移動量Ａ（ｍｍ）、ピント移動感度Ｂ、３０℃上昇時の補正量−Ａ／Ｂ（ｍｍ）をそれぞれ示している。被写体距離０．２ｍでのフォーカス量とは、無限遠の被写体距離に合焦した状態から、０．２ｍの被写体距離に合焦する際に要するフォーカス群（すなわち第３レンズＧ３）の移動量である。各実施例では、第３レンズＧ３をフォーカス群とすることで、比較的小さな移動量となっている。また、「３０℃上昇時のピント移動量」とは、環境温度が３０℃上昇した際に生ずるピント位置の（基準位置からの光軸上での）ずれ量を表している。「ピント移動感度」は、フォーカス群の光軸
方向への移動量に対するピント位置の変化量の割合と定義する。したがって、ピント移動感度が小さいほど合焦時のフォーカス群の移動量も小さくてすむ。各実施例では、第３レンズＧ３をフォーカス群とすることで、このピント移動感度を最も低減することができる。「３０℃上昇時の補正量」とは、環境温度が３０℃上昇した際に生ずるピント位置ずれを補正するために要する第３レンズＧ３の移動量であり、「３０℃上昇時のピント移動量」と「ピント移動感度」との比によって求められる。なお図２０〜図２３では、各数値について、物体側から像側へ移動する方向を正として表している。

図２４（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１のズームレンズにおける広角端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示している。図２５（Ａ）〜（Ｄ）は、中間域における同様の各収差を示している。図２６（Ａ）〜（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および像面湾曲図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。像面湾曲図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。また、ＦＮＯ．はＦ値、Ｈは像高をそれぞれ示す。

同様に、実施例２における諸収差を、広角端については図２７（Ａ）〜（Ｄ）に示し、中間域については図２８（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図２９（Ａ）〜（Ｄ）に示す。実施例３における諸収差を、広角端については図３０（Ａ）〜（Ｄ）に示し、中間域については図３１（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３２（Ａ）〜（Ｄ）に示す。さらに、実施例４における諸収差を、広角端については図３３（Ａ）〜（Ｄ）に示し、中間域については図３４（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３５（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

以上の各レンズデータおよび各収差図から明らかなように、各実施例について、極めて良好な収差性能が発揮されている。また、全長のコンパクト化も達成されている。

図３６は、実施例２のズームレンズにおける広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を表している。縦軸は結像面Ｓimgの位置から各レンズまでの距離（ｍｍ）を示している。一方の横軸は、各レンズのポジションを示している。具体的には、W.INFは被写体距離が無限遠の場合における広角端でのポジションを示し、W.0.2は被写体距離が至近（０．２ｍ）の場合における広角端でのポジションを示している。同様に、M.INFは被写体距離が無限遠の場合における中間でのポジションを表し、M.0.2は被写体距離が至近（０．２ｍ）の場合における中間でのポジションを表し、T.INFは被写体距離が無限遠の場合における望遠端でのポジションを表し、T.0.2は被写体距離が至近（０．２ｍ）の場合における望遠端でのポジションを表す。図３７は、図３６に対応する数値データである。さらに、図３８は、環境温度を変化によるピント位置ずれを考慮して温度補償を行った場合の広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を表している。図３９は、図３８に対応する数値データである。ここでは、第３レンズＧ３の移動量に補正を加えている。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、面間隔および屈折率の値は、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。

また、屈曲光学系を構成するための反射面が第１レンズまたはその前後に配置された構成とすることも可能である。図４０は、図４に示したズームレンズの変形例であり、第１レンズＧ１として反射面ＲＳを有する直角プリズムレンズを用いるようにしている。こうすることにより、反射面ＲＳによって光路が屈曲する屈曲系のズームレンズが構成でき、全体として薄型化を図ることができる。あるいは、直角プリズムレンズを用いる替わりに
、平板上に反射面を形成したミラーを第１レンズの前後（物体側または像側）に配置してもよい。なお、このような変形例においても第１レンズＧ１および第２レンズＧ２を共に有機材料によって構成するとよい。

また、上記実施の形態および実施例では、周囲の温度変位によるピント位置ずれを補正するようにしたが、これに加えて湿度の変位に伴うピント位置ずれを補正するようにすると、より好ましい。その場合には、例えば図５に示したピント補償機構４０に湿度検出部をさらに設け、湿度情報を制御部２０に入力するようにすればよい。

また、上記実施の形態および実施例では、明るさ絞りを第２レンズの像側の面位置に配置するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。第２レンズと第３レンズとの間に明るさ絞りを配置すればよい。

本発明の一実施の形態としてのズームレンズにおける第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応する断面図である。 本発明の一実施の形態としてのズームレンズにおける第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応する断面図である。 本発明の一実施の形態としてのズームレンズにおける第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応する断面図である。 本発明の一実施の形態としてのズームレンズにおける第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応する断面図である。 図１に示したズームレンズにおけるピント補償機構の構成を説明する説明図である。 図２に示したズームレンズにおける広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を例示した概念図である。 実施例１のズームレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例２のズームレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例３のズームレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例４のズームレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例１のズームレンズにおける非球面に関するデータを示す説明図である。 実施例２のズームレンズにおける非球面に関するデータを示す説明図である。 実施例３のズームレンズにおける非球面に関するデータを示す説明図である。 実施例４のズームレンズにおける非球面に関するデータを示す説明図である。 実施例１のズームレンズにおけるその他のデータを示す説明図である。 実施例２のズームレンズにおけるその他のデータを示す説明図である。 実施例３のズームレンズにおけるその他のデータを示す説明図である。 実施例４のズームレンズにおけるその他のデータを示す説明図である。 実施例１〜４の各ズームレンズにおける条件式（１）〜（４）に対応する数値を示す説明図である。 実施例１のズームレンズにおける温度補償に関するデータを示す説明図である。 実施例２のズームレンズにおける温度補償に関するデータを示す説明図である。 実施例３のズームレンズにおける温度補償に関するデータを示す説明図である。 実施例４のズームレンズにおける温度補償に関するデータを示す説明図である。 実施例１のズームレンズにおける広角端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例１のズームレンズにおける中間域での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例１のズームレンズにおける望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例２のズームレンズにおける広角端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例２のズームレンズにおける中間域での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例２のズームレンズにおける望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例３のズームレンズにおける広角端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例３のズームレンズにおける中間域での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例３のズームレンズにおける望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例４のズームレンズにおける広角端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例４のズームレンズにおける中間域での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例４のズームレンズにおける望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例２のズームレンズにおける広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を表す説明図である。 図３６に対応する数値データである。 実施例２のズームレンズにおける、温度補償を行った場合の広角端から望遠端へ至る各レンズの移動軌跡を表す説明図である。 図３８に対応する数値データである。 図４に示したズームレンズの変形例における断面図である。

符号の説明

Ｇ１〜Ｇ４…第１レンズ〜第４レンズ、Ｓｔ…明るさ絞り、ＧＣ…カバーガラス、Ｓｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１…温度情報、２…制御信号、３…被写体距離情報、１０…温度検出部、２０…制御部、３０…駆動部、４０…ピント補償機構、５０…測距部。

Claims (9)

1. 負の第１レンズと、正の第２レンズと、明るさ絞りと、負の第３レンズと、正の第４レンズとを物体側から順に備え、
   前記第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔が変化することにより変倍動作を行い、かつ、以下の条件式（１）〜（４）を全て満足し、
   かつ、前記第３レンズが光軸上で移動することにより合焦動作を行うように構成されている
   ことを特徴とするズームレンズ。
   ０．３５＜ｆ２／ｆ４＜０．７０ ……（１）
   ０．０４＜（ｄｔ−ｄｗ）／ｆｗ＜０．４０ ……（２）
   １．６５＜ｆ４／ｆｗ＜２．２０ ……（３）
   ５０＜νｄ１ ……（４）
   但し、
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   ｄｔ：広角端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔
   ｄｗ：望遠端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔
   ｆｗ：望遠端での全系の焦点距離
   νｄ１：第１レンズのｄ線に対するアッベ数
2. 少なくとも前記第２レンズおよび第３レンズが光軸上を移動することにより変倍動作を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 少なくとも変倍動作時において、前記第４レンズと結像面との距離が一定に保持される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズおよび第４レンズが一体となって光軸上で移動することにより変倍動作を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズと結像面との距離が一定に保持される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のズームレンズ。
6. 少なくとも前記第１レンズおよび第２レンズが有機材料により構成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 周囲の温度を測定する温度検出部と、
   前記温度検出部からの温度情報に基づき、ピント位置補正量を算出する制御部と、
   前記制御部からの制御信号により、前記第１レンズから第４レンズのうちの少なくとも１つについて、前記ピント位置補正量に対応した距離分の移動を行う駆動部と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 少なくとも前記第３レンズが光軸に沿って連続的に移動することにより、変倍動作と合焦動作とを交互に行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 負の第１レンズと、正の第２レンズと、明るさ絞りと、負の第３レンズと、正の第４レンズとを物体側から順に備え、
   前記第１レンズから第４レンズの各々の相互間隔が変化することにより変倍動作を行い、かつ、以下の条件式（１）〜（４）を全て満足し、
   かつ、屈曲光学系を構成するための反射面が、前記第１レンズまたはその前後に設けられている
   ことを特徴とするズームレンズ。
   ０．３５＜ｆ２／ｆ４＜０．７０ ……（１）
   ０．０４＜（ｄｔ−ｄｗ）／ｆｗ＜０．４０ ……（２）
   １．６５＜ｆ４／ｆｗ＜２．２０ ……（３）
   ５０＜νｄ１ ……（４）
   但し、
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   ｄｔ：広角端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔
   ｄｗ：望遠端での第２レンズと第３レンズとの光軸上における間隔
   ｆｗ：望遠端での全系の焦点距離
   νｄ１：第１レンズのｄ線に対するアッベ数

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