JP5028104B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

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、例えばビデオカメラや電子スチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ等のように固体撮像素子を用いたカメラ、或いは銀塩フィルムを用いたカメラ等に好適なものである。

近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ、そして銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置は高機能化され、又装置全体が小型化されている。

そしてそれに用いる撮影光学系としてレンズ全長が短く、コンパクトで高ズーム比を有し、しかも高解像力のズームレンズが要求されている。

これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リヤーフォーカス式のズームレンズが知られている。

リヤーフォーカス式のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１〜第４レンズ群より成る４群ズームレンズが知られている。

このうち、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群を移動させて変倍に伴なう像面変動の補正を行うとともに、第４レンズ群でフォーカスを行う４群ズームレンズが知られている（特許文献１〜３）。このタイプの４群ズームレンズは、移動レンズ群が２つで済む為、駆動機構が比較的容易に実現できる特徴がある。

また４つのレンズ群を全て移動させてズーミングを行い、第４レンズ群を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うとともに、第４レンズ群でフォーカスを行う４群ズームレンズが知られている（特許文献４、５）。

このタイプの４群ズームレンズは、各レンズ群の偏心に対する敏感度を適当に設定することができる。このため、カメラの非使用時（非撮影時）に収納性を高めるためにレンズ群を沈胴させる沈胴構造の撮像装置に適している。

一方近年、透光性セラミックスが開発され、それを光学材料として用いたレンズ装置が知られている。

透光性セラミックスは、光学ガラスに比べて屈折率が高く、又硬度と強度に優れており、この性質を利用して、レンズ系全体の薄型化を図った光学装置が知られている（特許文献６）。

近年、撮像装置に用いるズームレンズには、撮像装置の小型化に対応して高ズーム比で、かつレンズ系全体が小型であることが強く要望されている。

一般にズームレンズを小型化するためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。

しかしながら、このようにしたズームレンズは、レンズ肉厚が増してしまいレンズ系の短縮効果が不十分になると同時に諸収差の補正が困難になってくる。

このため、高ズーム比とレンズ系全体の小型化を図るには、ズームタイプ、各レンズ群の屈折力そして各レンズ群のレンズ構成等を適切に設定することが重要となる。

特に前述したズームタイプのリヤーフォーカス式のズームレンズでは、主たる変倍を行う第２レンズ群の構成を適切に設定することが重要になってくる。

例えば、第２レンズ群中のレンズには、屈折率とアッベ数等を考慮して、各ズームポジションで色収差を含めた各種収差が小さくなるような材料を選択することが重要となってくる。

特許文献６で示されたレンズ装置では、正レンズと負レンズを貼り合わせた接合レンズの負レンズの材料に、透光性セラミックスを用いている。これによりレンズ肉厚の薄型化をし、レンズ装置の小型化を図っている。

特許文献６では、セラミックスがガラスに比べて高屈折率、高硬度、高曲げ強度を有するという性質に着目し、１枚の負レンズの薄肉化分だけ小型化ができるという効果を得ている。

一般に光学ガラスは、屈折率を縦軸に上方向が大きな値となるように、アッベ数を横軸に左方向が大きな値となるように取ったグラフ（以下「ｎｄ−νｄ図」と呼ぶ）上にマッピングさせると、ほぼいくつかの直線に沿って分布することが知られている。

また一般に光学ガラスの屈折率が大きくなると、アッベ数は小さくなり、分散が大きくなる特性がある。

一方、可視光領域で光透過率の高いセラミックスや酸化物の単結晶および多結晶の中には、屈折率とアッベ数の関係が、前述のｎｄ−νｄ図において通常の光学ガラスとは異なる領域に存在するものが知られている。

すなわち同じアッベ数を有する光学ガラスに比べ、高い屈折率を有する材料が知られている。

このような性質を有するセラミックスを光学材料として用いると、収差補正及び光学系全体の小型化に有利となる。

しかしながら単にセラミックスより成るレンズをズームレンズに用いても全ズーム範囲にわたり、高い光学性能を得ることは難しい。

セラミックスより成るレンズを用いて高ズーム比化とレンズ系全体の小型化を図るには、ズームタイプ、各レンズ群の屈折力そして各レンズ群のレンズ構成等を適切に設定することが重要になってくる。

本発明は、透明性のセラミックスより成るレンズを適切に用いることにより、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られる小型の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。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、２以上のレンズ群を含む後群を有し、広角端に比べて望遠端において該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔が広くなるように、少なくとも該第２レンズ群が移動するズームレンズであって、該第２レンズ群は、材料のｄ線に対する屈折率をＮ２ｎａ、ｄ線に対するアッベ数をνｄ２ｎａとするとき、
Ｎ２ｎａ＞２．３−０．０１・νｄ２ｎａ
１．７５＜Ｎ２ｎａ＜２．７
なる条件を満足する材料で構成される少なくとも１つの負レンズＬ２ｎａを有することを特徴としている。

本発明によれば、レンズ全長の小型化を図ると共に、広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有するズームレンズが得られる。

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。

各実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、２つ以上のレンズ群を含む後群を有している。そして広角端に比べ望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広くなるように、少なくとも第２レンズ群が移動するズームレンズである。

そして後群としては、少なくとも１つの正の屈折力のレンズ群を有している。

例えば後群は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成されている。

図１は、本発明の実施例１のズームレンズの広角端における要部断面図（レンズ断面図）である。図２〜図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）、中間焦点距離（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。

図５は、実施例２のズームレンズの広角端における要部断面図である。図６〜図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図９は、実施例３のズームレンズの広角端における要部断面図である。図１０〜図１２はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１３は、実施例４のズームレンズの広角端における要部断面図である。図１４〜図１６はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１７は、実施例５のズームレンズの広角端における要部断面図である。図１８〜図２０はそれぞれ実施例５のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図２１は、実施例６のズームレンズの広角端における要部断面図である。図２２〜図２４はそれぞれ実施例６のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図２５は、実施例７のズームレンズの広角端における要部断面図である。図２６〜図２８はそれぞれ実施例７のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図２９は、実施例８のズームレンズの広角端における要部断面図である。図３０〜図３２はそれぞれ実施例８のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図３３、図３４は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の投射レンズとして用いるときは、左方がスクリーン、右方が被投射画像となる。

各実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群、およびこれに続く２つ以上のレンズ群を含む後群で構成されている。

レンズ断面図において、ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。

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、Ｌ５は弱い屈折力の第５レンズ群である。

なお各実施例において、前述の後群は、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より構成されているが他の屈折力の複数のレンズ群より構成されていても良い。

ＳＰは開口絞りである。開口絞りＳＰは、図１、図５、図９、図２１、図２５に示した実施例１〜３および実施例６、７のズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置している。

又、開口絞りＳＰは、図１３、図１７および図２９に示した実施例４、実施例５および実施例８のズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｌ３中に配置している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、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）の撮像面が置かれる。

又、銀塩フィルム用のカメラの撮像光学系として使用する際には、フィルム面に相当する。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線である。ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

矢印は、広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

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は、広角端に比べ望遠端での該第１レンズ群Ｌ１と該第２レンズ群Ｌ２の間隔が広くなるように、少なくとも第２レンズ群Ｌ２を移動させている。

実施例１〜６および実施例８のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーミングにおいて、第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて主たる変倍を行っている。そして第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡を有するように移動させて変倍に伴う像面変動を補正している。又第４レンズ群Ｌ４でフォーカシングを行っている。

第４レンズ群Ｌ４の移動軌跡を物体側へ凸状の軌跡とすることで、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。

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。

又、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。

尚、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３、そして開口絞りＳＰは、ズーミング及びフォーカスの為には光軸方向に移動しない。但し収差補正上必要に応じ移動させても良い。

実施例８のズームレンズでは、弱い屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５を配置し、ズーミング中の射出瞳の変動を抑えると共に、フォーカスによる収差変動を抑制する構成としている。

実施例７のズームレンズでは、各レンズ群が移動してズーミングを行っている。

広角端から望遠端のズーミングに際し、第２レンズ群Ｌ２は像側に凸状の軌跡を描いて移動している。第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３は広角端に比べて望遠端で物体側に位置するように移動している。

また第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングに際し物体側に凸状の軌跡を描いて移動している。

ズーミングに際し、広角端に比べて望遠端において第１レンズ群Ｌ１が物体側に位置するように移動させることで広角端におけるレンズ全長を小型に維持しつつ、大きなズーム比が得られるようにしている。

ズーミングに際して広角端に比べ望遠端において、第３レンズ群Ｌ３が物体側に位置するように移動させることにより、第３レンズ群Ｌ３に大きな変倍効果を持たせている。

更に正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側へ移動することで第２レンズ群Ｌ２にも変倍効果を持たせている。これにより第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をあまり強くすることなくズーム比５倍以上の高ズーム比を得ている。

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ヤー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広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。

各実施例において例えば、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。

開口絞りＳＰはズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と一体に移動しているが、別体にて移動しても、また固定としてもよい。一体に移動すると移動／可動で分けられる群数が少なくなり、メカ構造が簡素化しやすくなる。

また、第３レンズ群Ｌ３と別体にて移動させる場合は、前玉径の小型化に有利である。

一方、開口絞りＳＰを固定とする場合は絞りユニットを移動させる必要がないため、ズーミングの際、駆動させるアクチュエータの駆動トルクを小さく設定できる省電力化の点で有利となる。

尚、各実施例では４つのレンズ群で構成されるズームレンズを示しているが、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は、第４レンズ群Ｌ４の像側に必要に応じて屈折力のあるレンズ群やコンバーターレンズ群等を設けても良い。

各実施例においては、次の条件の１以上を満足するのがより好ましい。これによれば、各条件に相当する効果を得ることができる。

第２レンズ群Ｌ２中の負レンズＬ２ｎａの材料のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をＮ２ｎａ、ｄ線に対するアッベ数をνｄ２ｎａとする。以下、光学常数に関するパラメータは、ｄ線を基準としている。

第２レンズ群Ｌ２中の負レンズＬ２ｎａのうち、最も強い屈折力を有する負レンズの焦点距離をｆ２ｎａ、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。

第２レンズ群Ｌ２は、２以上の負レンズを有し、負レンズＬ２ｎａ以外の負レンズのうち最も強い負の屈折力の負レンズＬ２ｎｂの焦点距離をｆ２ｎｂとする。

第２レンズ群Ｌ２は、複数のレンズを有し、複数のレンズの材料の屈折率の平均値をＮ２ａｖｅ とする。

第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に位置する負レンズＧ２１の像側の面の屈折力をΦ２１とする。

このとき、各実施例は、
Ｎ２ｎａ＞２．３−０．０１・νｄ２ｎａ ・・・・（１）
１．７５＜Ｎ２ｎａ＜２．７ ・・・・（２）
０．５＜ｆ２ｎａ／ｆ２＜２．０ ・・・・（３）
０．１＜ｆ２ｎａ／ｆ２ｎｂ＜１．０ ・・・・（４）
１．６５＜Ｎ２ａｖｅ＜２．３ ・・・・（５）
０．３＜（１／ｆ２）／Φ２１＜１．８ ・・・・（６）
なる条件のうち１以上を満足している。

ここで、負レンズＧ２１の像側の面の屈折力Φ２１は、
負レンズＧ２１の材料の屈折率をｎ２１とする。

負レンズＧ２１の像側の曲率半径をＲ２１とする。このとき
Φ２１＝（１−ｎ２１）／Ｒ２１
の式で定義される。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）および（２）は、第２レンズ群Ｌ２中の負レンズＬ２ｎａの材料の屈折率およびアッベ数との関係を規定する式である。

屈折率が、アッベ数の値から計算される条件式（１）の右辺の下限値を超えて小さくなると、負レンズＬ２ｎａを高い光線高さで通過する広角端において軸外光線で発生する色分散が大きくなりすぎる。この結果、第２レンズ群Ｌ２中の正レンズでこの色収差を補正するのが難しくなる。

その結果、広角端において倍率色収差が増加してくる。

また屈折率が条件式（２）の下限値を超えて小さすぎると、すなわち負レンズＬ２ｎａの屈折力が弱すぎると、第２レンズ群Ｌ２で十分なズーム比を得るためには第２レンズ群Ｌ２の移動量を多くしなければならない。この結果、レンズ系の小型化が難しくなってくる。

又、屈折率が上限値を超えて大きすぎると、すなわち負レンズＬ２ｎａの屈折力が強すぎると、負レンズＬ２ｎａでペッツバール和をマイナス側に補正する効果が薄れてくる。この結果像面湾曲がアンダー側に大きく倒れてくるので良くない。

条件式（３）および（４）は、第２レンズ群Ｌ２において、負レンズＬ２ｎａの屈折力の分担を規定する式である。

条件式（３）の下限値を超えて負レンズＬ２ｎａの焦点距離ｆ２ｎａが小さくなりすぎると、負レンズＬ２ｎａにおける広角端での軸外光線によって発生する収差が大きくなりすぎる。この結果、広角端において倍率色収差が増加し、更に大きな樽型の歪曲収差が発生してくる。

一方上限値を越えて、負レンズＬ２ｎａの焦点距離ｆ２ｎａが大きくなりすぎると、第２レンズ群Ｌ２の他の負レンズで大きな屈折力の分担が必要となる。この結果、第２レンズ群Ｌ２全体のレンズ枚数が増えてきてレンズ系全体が大型化してくる。

条件式（４）の下限値を超えて負レンズＬ２ｎａの焦点距離ｆ２ｎａが小さくなりすぎると、負レンズＬ２ｎａにおける広角端での軸外光線によって発生する収差が大きくなりすぎる。この結果広角端において倍率色収差が増加し、更に大きな樽型の歪曲収差が発生してくる。

一方上限値を越えて、負レンズＬ２ｎａの焦点距離ｆ２ｎａが大きくなりすぎると、負レンズＬ２ｎｂで大きな屈折力の分担が必要となる。

この結果負レンズＬ２ｎｂにおいて、広角端での軸外光線で発生する収差が大きくなりすぎ、広角端において倍率色収差が増加するとともに大きな樽型の歪曲が発生してくるのでよくない。

条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２を構成する各レンズの材料の平均屈折率を規定する式である。第２レンズ群Ｌ２は変倍用のレンズ群であるため、レンズ系全体の小型化を達成するためには、強い屈折力を与える必要がある。

条件式（５）の下限値を超えて、平均屈折率が小さくなりすぎると、第２レンズ群Ｌ２を構成する各レンズの曲率がきつくなりすぎて、各面で高次収差が多く発生してくる。この結果、この収差の補正が難しくなり、光学性能が低下してくる。

条件式（５）の上限値を超えて、平均屈折率が大きくなりすぎると、ペッツバール和をマイナス側に補正する効果が薄れ、像面湾曲がアンダー側に大きく倒れてくるので良くない。

条件式（６）は第２レンズ群Ｌ２の屈折力（１／ｆ２）と、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側にある負レンズＧ２１の像側の面における屈折力（Φ２１）との比を表したものである。

第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に位置する負レンズＧ２１では、広角端において軸外光束が光軸からの大きな距離で入射し、光軸に対して外側から内向きに向かって大きな角度で入射する。

一方、軸上光束は正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１を通過して収斂して入射する。このため、全てのズームポジションにおいてそれほど太い光束にならないため、負レンズＧ２１における球面収差への影響は少ない。

これらの理由から、負レンズＧ２１は広角端において軸外光束に対して入射角が小さくなるようなメニスカス形状とするのが良く、これによれば広角端において歪曲やコマ収差の発生を抑制することができる。

また全ズームポジションで球面収差への影響が小さくなるため、負レンズＧ２１には大きな負の屈折力を与えることができる。その結果、移動レンズ群である第２レンズ群Ｌ２は強い屈折力を有することができて、ズーミングに伴う移動ストロークを短縮でき、レンズ全長を小型化にすることができる。

条件式（６）の下限値を超えて負レンズ２１の像側の面の屈折力Φ２１が大きくなりすぎると、負レンズＧ２１の像側の面において、光線高さの高くなる広角端において軸外光線への発散作用が大きくなりすぎる。

そのため広角端において、負レンズＧ２１の像側の面で発生する倍率色収差やコマ収差を第２レンズ群Ｌ２内の正レンズで補正するのが難しくなる。

条件式（６）の上限値を超えて屈折力Φ２１が小さくなりすぎると、移動レンズ群である第２レンズ群Ｌ２に十分な負の屈折力を与えることができない。このため、ズーミングに伴う移動ストロークが長くなり、レンズ系全体の小型化が難しくなる。

なお、更に好ましくは条件式（２）〜（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．８＜Ｎ２ｎａ＜２．６ ・・・・（２ａ）
０．７＜ｆ２ｎａ／ｆ２＜１．８ ・・・・（３ａ）
０．２＜ｆ２ｎａ／ｆ２ｎｂ＜０．９ ・・・・（４ａ）
１．７＜Ｎ２ａｖｅ＜２．２ ・・・・（５ａ）
０．５＜（１／ｆ２）／Φ２１＜１．６ ・・・・（６ａ）
また、さらに好ましくは以下の数値範囲を次の如く設定すると、先に述べた各条件式が意味する効果がより効果に得られる。

１．８＜Ｎ２ｎａ＜２．５ ・・・・（２ｂ）
０．９＜ｆ２ｎａ／ｆ２＜１．６ ・・・・（３ｂ）
０．３＜ｆ２ｎａ／ｆ２ｎｂ＜０．８ ・・・・（４ｂ）
１．７５＜Ｎ２ａｖｅ＜２．１ ・・・・（５ｂ）
０．６＜（１／ｆ２）／Φ２１＜１．４ ・・・・（６ｂ）
各実施例において、第２レンズ群Ｌ２のレンズ構成の特徴は次のとおりである。

◎第２レンズ群Ｌ２は２つ以上の負レンズと少なくとも１つの正レンズを有している。

◎負レンズＬ２ｎａは第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側に位置しているレンズである。

負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群中の最も物体側に位置しており、該負レンズＬ２ｎａの像側には少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズが配置されている。

又、負レンズＬ２ｎａの像側には物体側から像側へ順に両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズが配置されている。

又、負レンズＬ２ｎａの像側には物体側から像側へ順に両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側が凹形状の負レンズが配置されている。

又、負レンズＬ２ｎａの像側には物体側から像側へ順に両凹形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズが配置されている。

又、負レンズＬ２ｎａの像側には物体側から像側へ順に像側が凹面の負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズが配置されている。

各実施例において第３レンズ群Ｌ３のレンズ構成の特徴は次のとおりである。

第３レンズ群Ｌ３は、少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズを有している。

又、第３レンズ群Ｌ３中の正レンズのうち少なくとも１つの面は非球面形状である。

次に各実施例の具体的な特徴について説明する。以下、レンズ構成は特に断りがない限り、物体側から像側へ順に配置されている順に説明する。

図１の実施例１のズームレンズでは、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４で構成している。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動して主たる変倍を行い、第４レンズ群Ｌ４は物体側に凸状の軌跡で移動して、主に変倍に伴う像面変動を補正している。

第１レンズ群Ｌ１は、物体側が凸面でメニスカス形状の負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との接合レンズ、物体側が凸面でメニスカス形状の正レンズＬ１３より構成している。

第１レンズ群Ｌ１を３枚のレンズで構成することで、ズーム比ながら球面収差と、軸上色収差および倍率色収差の各色収差補正を行っている。

第２レンズ群Ｌ２は、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、両凸形状の正レンズＧ２３、および両凹形状の負レンズＧ２４の４枚で構成している。負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。

負レンズＬ２１の材料は、条件式（１）および（２）を満足する株式会社村田製作所社製の透光性セラミックス「ルミセラ」（登録商標）である。

ｄ線の屈折率ｎｄが２．０９５と高い上に、アッベ数νｄが２９．４で、比較的低分散特性を有する。

この材料はｎｄ−νｄ図上で、現在一般に知られている光学ガラス材料が存在しない範囲にあり、一般に硝材が分布している範囲より左上側に位置していることが特徴である。

主たる変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強くすることは、ズーミング時の変倍レンズ群の移動ストロークを縮小できるため、レンズ系全体の小型化には有効である。

そのためには、軸上光束の光線高さが最も低い負レンズＧ２１のパワーを強くすることが、球面収差への影響が小さく、収差補正に有利である。

負レンズＧ２１は、急峻な角度でレンズの高い位置に入射する広角端において軸外光線の入射角を小さくするために、像側に凹面を向けたメニスカス形状とするのが良い。この形状にすると、広角端においてコマ収差や歪曲の補正に有利である。

そのため負レンズＧ２１の屈折力を強くすると、負レンズＧ２１の像側の面の曲率が必然的にきつくなるが、広角端以外のズームポジションにおいて軸外光線に対して発生する収差を考慮すると、曲率を強くすることには限界がある。

負レンズＧ２１の材料に高屈折率の材料を用いると、その像側の面の曲率を緩められる。

ところが一般の光学ガラス材料では、高屈折率になるほどアッベ数が小さくなる。すなわち高分散となり、負レンズＧ２１での軸外光線で発生する色収差が大きくなり、各ズームポジションで倍率色収差が増加する。

この倍率色収差を補正するためには、正レンズＧ２３の材料に負レンズＧ２１よりさらに高分散の材料を使用する必要がある。

つまり負レンズＧ２１と正レンズＧ２３の材料は組み合わせて考える必要がある。一般の光学ガラス材料では、負レンズＧ２１に使用できる高屈折率の硝材の制約となっていた。

以上のことから、負レンズＧ２１には通常の光学ガラス材料とは異なる高屈折率で低分散の材料を用いることができれば、レンズ系全体の小型化と収差補正に極めて効果的である。

実施例１では負レンズＧ２１に、一般の光学ガラス材料よりも高屈折率でかつ低分散の特性を有するセラミックス材料を用いて、高い光学特性を維持しながら、３０倍を超える高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１と、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ３２の２枚で構成している。正レンズＧ３１は物体側と像側の両方の面を非球面とすることで、球面収差を良好に補正している。

第４レンズ群Ｌ４は、両凸形状の正レンズＧ４１と像側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ４２を貼り合わせた接合レンズで構成している。正レンズＧ４１と負レンズＧ４２の接合レンズとすることで、ズーミングおよびフォーカスに伴う移動時の収差変動を抑えている。

次に図５の実施例２について説明する。各レンズ群の屈折力の符号やズーミングにおける各レンズ群の移動条件等の基本レンズ構成は図１の実施例１と同じである。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１には、屈折率およびアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料である、イットリウム・アルミニウム・ガーネット セラミックスを用いている。

イットリウム・アルミニウム・ガーネットは、「ＹＡＧ」とも呼ばれ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12で表される可視光領域で透明な酸化物である。

屈折率が１．８３、アッベ数が５９の光学特性を有し、ｎｄ−νｄ図上で一般の光学ガラス材料が存在しない範囲にあり、一般に硝材が分布している範囲より左上側に位置していることが特徴である。

すなわち同じ屈折率を有する光学ガラス材料に比べ、低分散特性を有する。

実施例２では以上のような一般の光学ガラス材料にない光学特性を有するＹＡＧセラミックスを負レンズＧ２１の材料に用いて、高い光学特性を維持しながら、３０倍を超える高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

なおＹＡＧは単結晶でもセラミックスと同等の光学特性を有しており、セラミックスの代わりに単結晶を負レンズＧ２１の材料に用いても同様の効果が得られる。またセラミックスの製造条件等により、上記の屈折率とアッベ数の値は若干変化する。

次に図９の実施例３について説明する。基本レンズ構成は実施例１と同じである。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１と負レンズＧ２２が各々負レンズＬ２ｎａに相当し、それぞれ屈折率とアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料を使用している。これにより、諸収差を補正しながら第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高め、３５倍を超える高ズーム比とレンズ系全体の小型化を同時に達成している。

次に図１３の実施例４について説明する。基本レンズ構成は実施例１と同じである。

実施例４は実施例１に比べて、第３レンズ群Ｌ３を３枚のレンズで構成し、開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３内に配置した点が異なっている。

開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３中に配置すると、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置するのに比べて望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の距離が短縮でき、全長を短縮するのに効果がある。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１の材料は、実施例１と同じ株式会社村田製作所社製の透光性セラミックス「ルミセラ」（登録商標）を用いている。

次に図１７の実施例５について説明する。基本レンズ構成は実施例４と同じである。
実施例５は実施例４に比べて、第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数が３枚である点が異なっている。開口絞りＳＰは、実施例４と同じく第３レンズ群Ｌ３中に配置している。

第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数を３枚とすることで第２レンズ群Ｌ２の厚みを短縮し、レンズ全長の小型化を図っている。

また移動レンズ群である第２レンズ群Ｌ２を軽量化することで、駆動アクチュエータの必要トルクを小さくすることができ、アクチュエータの小型化および省電力化が容易となる。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１に、屈折率とアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料を使用している。これにより、諸収差を補正しながら第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高め、高い光学性能を満足しながら、約１０倍の高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

次に図２１の実施例６について説明する。基本レンズ構成は実施例４と同じである。

実施例６は実施例４に比べて、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に正レンズＧ２４を配置した点と、開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の位置に配置した点が異なっている。これに伴い、第２レンズ群Ｌ２を構成するレンズ形状も実施例４とは異なる。

開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の位置に配置することで、第１レンズ群Ｌ１と入射瞳位置との距離を短縮することができるため、前玉径の小型化に効果がある。

第２レンズ群Ｌ２は、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ２１、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ２２、物体側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ２３、および物体側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ２４の４枚で構成している。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１に、屈折率とアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料であり、実施例２と同じＹＡＧセラミックスを使用している。

これにより、諸収差を補正しながら第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高め、高い光学性能を満足しながら、約１０倍の高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

次に図２５の実施例７について説明する。レンズ群の屈折力配置は実施例１と同じである。実施例７のズームレンズでは、全レンズ群を移動させてズーミングを行うようにしている。

第１レンズ群Ｌ１は物体側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ１１と正レンズＧ１２とを貼り合わせた正の屈折力を有する接合レンズより構成している。正レンズＧ１１と負レンズＧ１２の接合レンズとする事で、第１レンズ群Ｌ１で発生する色収差を抑制している。

第２レンズ群Ｌ２は、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、物体側の面が凸面の正レンズＧ２３の３枚で構成している。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１に、屈折率とアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料を使用している。

これにより諸収差を補正しながら第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高め、高い光学性能を満足しながら、５倍以上の高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１、物体側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ３２と像側が凹面でメニスカス形状の負レンズＧ３３とを貼り合わせた合成屈折力が負の接合レンズの２つのレンズ成分から構成している。

正レンズＧ３１は物体側と像側の両方の面を非球面形状とすることで、球面収差を良好に補正している。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＧ４１から構成している。

図２９の実施例８のズームレンズでは、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、弱い屈折力の第５レンズ群Ｌ５で構成している。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動して主たる変倍を行い、第４レンズ群Ｌ４は物体側に凸状の軌跡で移動して、主に変倍に伴う像面変動を補正している。

弱い屈折力の第５レンズ群Ｌ５は第４レンズ群Ｌ４と結像面ＩＰの間に配置している。第５レンズ群Ｌ５は、ズーミングに伴う射出瞳距離変動および第４レンズ群Ｌ４移動によるフォーカシングに伴う収差変動を抑制している。

第５レンズ群Ｌ５は実施例８ではズーミング中固定であるが、移動させても良い。また第５レンズ群Ｌ５は実施例８では、第５レンズ群は正の屈折力を有しているが、負の屈折力を有しても、上に述べた効果を達成することが可能である。

第５レンズ群の屈折力としては、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の焦点距離を各々ｆ４、ｆ５とする。このとき
−０．７＜ｆ４／ｆ５＜０．７
なる条件を満足している。更に望ましくは
−０．５＜ｆ４／ｆ５＜０．５
を満足している。又、更に望ましくは
−０．３＜ｆ４／ｆ５＜０．３
を満足している。

開口絞りＳＰは、実施例４と同じく第３レンズ群Ｌ３中に配置している。

第２レンズ群Ｌ２の負レンズＧ２１は前述した負レンズＬ２ｎａに相当している。負レンズＧ２１に、屈折率とアッベ数が条件式（１）および（２）を満足する材料を使用している。これにより、諸収差を補正しながら第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高め、高い光学性能を満足しながら、約１０倍の高ズーム比とレンズ系全体の小型化を達成している。

次に、各実施例に各々対応する数値実施例１〜８を示す。

各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’、Ｆ’ を非球面係数、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、非球面形状は、

で表示される。

但しＲは曲率半径である。また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。

各実施例では、高変倍、コンパクトで球面収差、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差が良好に補正された高画素のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に対応可能な高性能なズームレンズを達成している。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施例を図３３を用いて説明する。

図３３において、２０はカメラ本体、２１は実施例１〜８で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。

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（光電変換素子）である。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である。

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。

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（光学機器）の実施例を図３４を用いて説明する。

図３４において、１０はビデオカメラ本体、１１は実施例１〜８で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。

１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１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（光電変換素子）である。１３は固体撮像素子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録する記録手段である。

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。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラや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。

本発明の数値実施例１の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例１の広角端における収差図 本発明の数値実施例１の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例１の望遠端における収差図 本発明の数値実施例２の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例２の広角端における収差図 本発明の数値実施例２の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例２の望遠端における収差図 本発明の数値実施例３の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例３の広角端における収差図 本発明の数値実施例３の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例３の望遠端における収差図 本発明の数値実施例４の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例４の広角端における収差図 本発明の数値実施例４の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例４の望遠端の収差図 本発明の数値実施例５の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例５の広角端における収差図 本発明の数値実施例５の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例５の望遠端における収差図 本発明の数値実施例６の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例６の広角端における収差図 本発明の数値実施例６の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例６の望遠端における収差図 本発明の数値実施例７の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例７の広角端における収差図 本発明の数値実施例７の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例７の望遠端における収差図 本発明の数値実施例８の広角端におけるレンズ断面図 本発明の数値実施例８の広角端における収差図 本発明の数値実施例８の中間のズーム位置における収差図 本発明の数値実施例８の望遠端における収差図 本発明のズームレンズをデジタルカメラに適用したときの要部概略図 本発明のズームレンズをビデオカメラに適用したときの要部概略図

符号の説明

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
Ｌ５ 第５レンズ群
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り
ＩＰ 結像面
Ｇ 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
ω 半画角
Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (16)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、２以上のレンズ群を含む後群を有し、広角端に比べて望遠端において該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔が広くなるように、少なくとも該第２レンズ群が移動するズームレンズであって、該第２レンズ群は、材料のｄ線に対する屈折率をＮ２ｎａ、ｄ線に対するアッベ数をνｄ２ｎａとするとき、
   Ｎ２ｎａ＞２．３−０．０１・νｄ２ｎａ
   １．７５＜Ｎ２ｎａ＜２．７
   なる条件を満足する材料で構成される少なくとも１つの負レンズＬ２ｎａを有することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記負レンズＬ２ｎａのうち、最も強い屈折力を有する負レンズの焦点距離をｆ２ｎａ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．５＜ｆ２ｎａ／ｆ２＜２．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群は２以上の負レンズと少なくとも１つの正レンズを有することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 前記負レンズＬ２ｎａは前記第２レンズ群の最も物体側に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群は、２以上の負レンズを有し、前記負レンズＬ２ｎａ以外の負レンズのうち最も強い負の屈折力の負レンズＬ２ｎｂの焦点距離をｆ２ｎｂとするとき、
   ０．１＜ｆ２ｎａ／ｆ２ｎｂ＜１．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第２レンズ群は、複数のレンズを有し、該複数のレンズの材料のｄ線に対する屈折率の平均値をＮ２ａｖｅとするとき、
   １．６５＜Ｎ２ａｖｅ＜２．３
   なる条件を満足す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。
7. 前記第２レンズ群の最も物体側に位置する負レンズの像側の面の屈折力をΦ２１、該第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．３＜（１／ｆ２）／Φ２１＜１．８
   なる条件を満足す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。
8. 前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成され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。
9. 前記第３レンズ群は、少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする請求項８のズームレンズ。
10. 前記負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、該負レンズＬ２ｎａの像側には少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズが配置され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。
11. 前記負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、該負レンズＬ２ｎａの像側には、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
12. 前記負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、該負レンズＬ２ｎａの像側には、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側が凹形状の負レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
13. 前記負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、該負レンズＬ２ｎａの像側には、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
14. 前記負レンズＬ２ｎａは像側が凹面でメニスカス形状より成り、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、該負レンズＬ２ｎａの像側には、物体側から像側へ順に、像側が凹面の負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
15. 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項のズームレンズ。
16. 請求項１から１５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る像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。