JP6245507B2 - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズ、そのようなズームレンズを撮影用光学系として有するカメラおよびそのようなズームレンズをカメラ機能部の撮影用光学系として有する携帯情報端末装置に関するものである。

セキュリティ等に用いるカメラ市場は、大きなものとなっており、要望も多岐にわたっている。中でも、高画質化と高変倍化は、常にユーザの欲するところであり、ウエイトが大きい。よって、撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高性能化と高変倍化の両立が求められる。
ここで、高性能化という面では、少なくとも、１００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。また、高変倍化としては、２０倍程度の変倍が必要と考えられる。
また、暗い状態においても撮影できるように、近赤外の波長域においても収差が十分に補正されていることが望まれている。
また、広画角化も望まれており、ズームレンズの短焦点端の半画角は、３０度以上であることが望ましい。
さらに、大口径化も望まれており、短焦点端（「広角」と称する場合がある）のＦナンバが２．０以下であることが望ましい。

ズームレンズには多くの種類が考えられるが、２０倍程度の変倍比を確保しつつ、大口径化に適したタイプとして、第１レンズ群は、正の屈折力を持ち、第２レンズ群は、負の屈折力を持ち、第３レンズ群は、正の屈折力を持ち、第４レンズ群は、正の屈折力を持つズームレンズがある。
物体側より像側に向かって、順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群を有し、第３レンズ群に回折面を有するズームレンズの従来例として、特許文献１（特開平１１−３１１７４３号公報）、特許文献２（特開２００８−１９７５３３号公報）、特許文献３（特開２００４−２４５９５１号公報）等に開示のものがある。
しかしながら、特許文献１に開示されたズームレンズは、短焦点端のＦナンバが２．０以下ではなく、２０倍程度の変倍比にできていない。
また、特許文献２に開示されたズームレンズは、レンズ枚数が多く使われており、大型である。
また、特許文献３に開示されたズームレンズは、短焦点端（広角端）のＦナンバが２．０以下にできていない。
また、上記３つの特許文献１〜３とも近赤外域の収差補正については、考慮されていない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、２０倍程度の変倍比で、短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．５程度であり、レンズの構成枚数が１３枚程度、小型でかつ２００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することを目的としている。

本発明に係るズームレンズは、上述した目的を達成するために、
物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置してなり、
短焦点端から長焦点端への変倍に伴って、前記第１レンズ群は固定とし、前記第２レンズ群は像側に移動し、前記第３レンズ群は物体側に移動し、前記第４レンズ群は移動するズームレンズにおいて、
前記第４レンズ群でフォーカシングを行い、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間に開口絞りを配設し、
前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズを含み、前記接合レンズの接合面に回折光学素子の回折面を有し、前記第１レンズ群は正レンズを有し、
当該正レンズを構成する材料の屈折率をｎ_ｄ、当該正レンズを構成する材料のアッベ数をν_ｄ、そして当該正レンズを構成する材料の部分分散比をＰ_ｇ，Ｆとし、且つ
前記部分分散比Ｐ_ｇ，Ｆが、
前記正レンズを構成する材料のＦ線、Ｃ線およびｇ線に対する屈折率を、それぞれｎ_Ｆ、ｎ_Ｃおよびｎ_ｇとして、
Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
であらわされるとき、
条件式：
〔１〕 １．４５＜ｎ_ｄ＜１．６５
〔２〕 ６０．０＜ν_ｄ＜９５．０
〔３〕 ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）＜０．０５０
を満足することを特徴としている。

本発明によれば、
物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置してなり、
短焦点端から長焦点端への変倍に伴って、前記第１レンズ群は固定とし、前記第２レンズ群は像側に移動し、前記第３レンズ群は物体側に移動し、前記第４レンズ群は移動するズームレンズにおいて、
前記第４レンズ群でフォーカシングを行い、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間に開口絞りを配設し、
前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズを含み、前記接合レンズの接合面に回折光学素子の回折面を有し、前記第１レンズ群は正レンズを有し、
当該正レンズを構成する材料の屈折率をｎ_ｄ、当該正レンズを構成する材料のアッベ数をν_ｄ、そして当該正レンズを構成する材料の部分分散比をＰ_ｇ，Ｆとし、且つ
前記部分分散比Ｐ_ｇ，Ｆが、
前記正レンズを構成する材料のＦ線、Ｃ線およびｇ線に対する屈折率を、それぞれｎ_Ｆ、ｎ_Ｃおよびｎ_ｇとして、
Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
であらわされるとき、
条件式：
〔１〕 １．４５＜ｎ_ｄ＜１．６５
〔２〕 ６０．０＜ν_ｄ＜９５．０
〔３〕 ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）＜０．０５０
を満足することにより、
２０倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．５程度であり、構成枚数が１３枚程度、小型でかつ２００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る実施例（数値実施例。以下、同じ）１におけるズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を模式的に示す図であり、（ａ）は短焦点端（広角端）、（ｂ）は中間焦点距離および（ｃ）は長焦点端（望遠端）のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図１に示す本発明の実施例１によるズームレンズの短焦点端（広角端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図１に示す本発明の実施例１によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図１に示す本発明の実施例１によるズームレンズの長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第２の実施の形態に係る実施例２におけるズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を模式的に示す図であり、（ａ）は短焦点端、（ｂ）は中間焦点距離および（ｃ）は長焦点端のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図５に示す本発明の実施例２によるズームレンズの短焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図５に示す本発明の実施例２によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図５に示す本発明の実施例２によるズームレンズの長焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第３の実施の形態に係る実施例３におけるズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を模式的に示す図であり、（ａ）は短焦点端、（ｂ）は中間焦点距離および（ｃ）は長焦点端のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図９に示す本発明の実施例３によるズームレンズの短焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図９に示す本発明の実施例３によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図９に示す本発明の実施例３によるズームレンズの長焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第４の実施の形態に係る実施例４におけるズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を模式的に示す図であり、（ａ）は短焦点端、（ｂ）は中間焦点距離および（ｃ）は長焦点端のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図１３に示す本発明の実施例４によるズームレンズの短焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図１３に示す本発明の実施例４によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図１３に示す本発明の実施例４によるズームレンズの長焦点端における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第５の実施の形態に係るカメラとしてのデジタルカメラの物体側から見た外観構成を模式的に示す斜視図である。 図１７のデジタルカメラを撮影者側から見た外観構成を模式的に示す斜視図である。 図１７および図１８のデジタルカメラの機能構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係るズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置を詳細に説明する。
具体的な実施例について説明する前に、先ず、本発明の原理的な実施の形態について説明する。
本発明は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群を配置してなる。いわば、正−負−正−正の４レンズ群で構成されるズームレンズは、第２レンズ群が主要な変倍作用を負担する、いわゆるバリエータとして構成される。
短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群は固定し、第２レンズ群は像側に移動し、第３レンズ群は物体側に移動し、第４レンズ群が移動することにより、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は大きくなり、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は小さくなるズームレンズであって、さらに、それぞれ以下のような特徴を有するものである。
第４レンズ群でフォーカシングを行い、第２レンズ群と第３レンズ群の間に開口絞りを配設する。
また、近赤外の波長域の色収差を補正するために、回折面を用いることが望ましい。第１レンズ群に回折面を用いると、長焦点端軸上色収差の補正に非常に有効であるが、第１レンズ群は様々な入射角の光線が回折面に入射するため、フレアが発生しやすい。そのため、第１レンズ群に回折面を用いるより、第３レンズ群に回折面を用いる方が望ましい。
即ち、正レンズと負レンズの接合レンズを含む第３レンズ群の当該接合レンズの接合面に回折光学素子の回折面を用いるのが望ましい。

第３レンズ群は、ズーム全域において、同程度の量の軸上色収差を補正することができる。長焦点端の軸上色収差が課題となりやすいが、短焦点端のＦナンバが小さいズームレンズにおいては、短焦点端の軸上色収差を十分に補正することが必要であり、回折面による効果を望むことができる。
また、長焦点端の軸上色収差を補正するためには、第１レンズ群に以下の条件式〔１〕、〔２〕、〔３〕を満足する正レンズを有することが望ましい（請求項１に対応する）。
〔１〕 １．４５＜ｎ_ｄ＜１．６５
〔２〕 ６０．０＜ν_ｄ＜９５．０
〔３〕 ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）＜０．０５０
ただし、ｎ_ｄは前記第１レンズ群に含まれる正レンズの屈折率、ν_ｄは前記第１レンズ群に含まれる正レンズのアッベ数、Ｐ_ｇ，Ｆは前記第１レンズ群に含まれる正レンズの部分分散比を表す。
ここで、Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）であり、ｎ_ｇ、ｎ_Ｆ、ｎ_Ｃはそれぞれ、前記正レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率である。

上記条件式〔１〕、〔２〕、〔３〕を満足することにより、長焦点端の軸上色収差を十分に補正することができる。
上記条件式〔１〕の下限値を下回ると、単色収差の補正が不十分となり、条件式〔２〕の下限値を下回ると色収差の補正が不十分となり、条件式〔３〕の下限値を下回ると色収差の二次スペクトルの補正が不十分となる。一方、全ての上記条件式〔１〕、〔２〕、〔３〕について上限を上回るような光学材料は、存在しないか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、現実的でない。
また、第４レンズ群でフォーカスすることにより、比較的小さいレンズ群でフォーカスすることができ、小型化、軽量化、省エネにつながる。また、フォーカシング移動量も小さくすることができ、延いては合焦時間の短縮にもつながり、好都合である。
さらに高性能にするためには、以下の条件式〔４〕を満足することが望ましい（請求項２に対応する）。
〔４〕 １０＜ｆ３ＤＯＥ／ｆｔ＜５０
ただし、ｆ３ＤＯＥは第３レンズ群が有する回折面の焦点距離であり、ｆｔは長焦点端の全系の焦点距離である。

回折面の焦点距離ｆは、ｆ＝−１／（２×Ｃ２）で表される。ここで、C２は、位相関数の２次項の係数である。
条件式〔４〕の上限値を上回ると、回折面の焦点距離が長くなりすぎ、回折面の効果が得られず、近赤外の色収差を十分に補正することが困難になる。また、条件式〔４〕の下限値を下回ると、回折面の焦点距離が短くなりすぎ，回折面の効果が過剰になりすぎて、色収差を十分に補正することが困難になったり、回折面の輪帯が多くなりすぎ、フレアの増大につながる。
望ましくは、以下の条件式〔４´〕を満足することが望ましい。
〔４´〕 ４００＜ｆ３ＤＯＥ／ｆｗ＜８００
ただし、ｆｗは短焦点端の焦点距離であり、ｆ３ＤＯＥは、第３レンズ群が有する回折面の焦点距離である。
より望ましくは、以下の条件式〔４´´〕を満足することが望ましい。
〔４´´〕 ４０＜ｆ３ＤＯＥ／ｆ３＜１００
ただし、ｆ３は、第３レンズ群の焦点距離であり、ｆ３ＤＯＥは、第３レンズ群が有する回折面の焦点距離である。
また、第１レンズ群の少なくとも２つの正レンズが上記条件式〔１〕、〔２〕、〔３〕を満足することが望ましい（請求項３に対応する）。

このように構成することにより、長焦点端の軸上色収差を分担して補正することができ、十分に軸上色収差を補正することができる。
短焦点端から長焦点端への変倍に際して、開口絞りは、像面に対して固定であることが望ましい（請求項４に対応する）。そのことにより、メカ構成の簡易化につながり、レンズを含めた鏡胴が小型化するという利点がある。
さらに高性能にするためには、以下の条件式〔５〕〜〔８〕を満足することが望ましい（請求項５に対応する）。
〔５〕 ０．７０＜ｆ１／ｆｔ＜０．９０
〔６〕 −０．２５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０５
〔７〕 ０．３５＜ｆ３／ｆｔ＜０．５５
〔８〕 ０．２０＜ｆ４／ｆｔ＜０．４０
ただし、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離であり、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離であり、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離であり、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離であり、ｆｔは長焦点端における全系の焦点距離である。
上記条件式〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕を満足することにより、小型でありながらズーム域全体において各種収差を補正することができる。上記条件式〔５〕〜〔８〕の下限値を下回ると、各レンズ群のパワーが強くなりすぎ、群内の収差補正が困難になる。また、上記条件式〔５〕〜〔８〕の上限値を上回ると、ズームするための移動量を確保するために大型化すること等の問題が発生する。

また、近距離の物体までのフォーカシングを可能とし、小型にするためには、以下の条件式〔９〕、〔１０〕を満足することが望ましい（請求項６に対応する）。
〔９〕 ０．５＜Ｄ３＿４ｗ／ｆｗ＜０．７
〔１０〕 ０．０５＜Ｄ３＿４ｔ／ｆｔ＜０．２５
ただし、Ｄ３＿４ｗは短焦点端における第３レンズ群と第４レンズ群の間隔であり、Ｄ３＿４ｔは長焦点端における第３レンズ群と第４レンズ群の間隔であり、ｆｗは短焦点端における全系の焦点距離、ｆｔは長焦点端における全系の焦点距離である。
上記条件式〔９〕、〔１０〕の上限値を上回ると、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなりすぎ、他のレンズ群の群厚や変倍するための間隔が減ることにつながり、ズーム域全域において各種収差を補正することが困難になる。また、上記条件式〔９〕、〔１０〕の下限値を下回ると、近距離の物体までフォーカシングをすることができなかったり、フォーカシングにより発生する収差が大きくなる。
さらには、高性能でありながら小型化するためには、以下の条件式〔１１〕を満足することが望ましい（請求項７に対応する）。

〔１１〕 ０．４＜（ｂ２ｔ／ｂ２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．６
ただし、ｂ２ｗは第２レンズ群の短焦点端での横倍率であり、ｂ２ｔは第２レンズ群の長焦点端での横倍率であり、ｆｔは長焦点端における全系の焦点距離であり、ｆｗは、短焦点端における全系の焦点距離である。
上記条件式〔１１〕の上限値を上回ると、第２レンズ群での変倍が大きくなりすぎて、第２レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎることや第２レンズ群の移動量増大につながり、ズーム域全体の収差補正が困難になる。また、条件式〔１１〕の下限値を下回ると、第２レンズ群での変倍が小さくなりすぎ、ズーム域全体の収差補正が困難になる。
さらに高性能でありながら小型化するためには、以下の条件式〔１２〕を満足することが望ましい（請求項８に対応する）。
〔１２〕 ０．３＜ｍ２／ＴＬ＜０．４
ただし、ｍ２は短焦点端から長焦点端への変倍に際する第２レンズ群の移動量であり、ＴＬはレンズ全長である。
上記条件式〔１２〕の上限値を上回ると、第２レンズ群の移動量が大きくなりすぎ、レンズ群の群厚・空気間隔を小さくすることにつながり、全体として収差補正が困難になる。また、条件式〔１２〕の下限値を下回ると、第２レンズ群の移動量が小さくなりすぎ、第２レンズ群の焦点距離を短くすることにつながり、第２レンズ群内の収差補正が困難になる。

像面に到達する光量を減少させる必要があるときには、開口絞りを小さくしても良いが、絞り径を大きく変えることなく、ＮＤフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できるという点で好ましい。
回折面には、積層型の回折光学素子を用いることが望ましい。
各々波長において、適切な屈折率差になるような光学素子を積層することにより、広範囲に波長域において回折効率を高くすることが可能である
また、積層した光学素子をレンズ面に密着しても良い。さらにレンズの接合面を回折構造にすることにより、回折面に対する環境による影響（外乱）に対して十分耐え得るロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）にすることができる。
一方、上述した本発明に係るズームレンズを、撮影用光学系として、または動画撮影用光学系として用いて、いわゆるデジタルカメラ等のカメラまたは動画撮影用カメラ（いわゆるムービーカメラ）を構成することができる（請求項９に対応する）。
このようなカメラは、撮影用光学系として、上述したようなズームレンズを具備することにより、小型且つ高画質で、通常の撮影領域を十分にカバーする変倍域を有したカメラを実現することができる。

また、カメラ機能等の撮影機能部を有する、いわゆる携帯情報端末装置における撮影用光学系として、上述したようなズームレンズを用いて構成することもできる（請求項１０に対応する）。
このような携帯情報端末装置は、撮影機能を有し、撮影用光学系として、上述したようなズームレンズを具備することにより、小型で高画質であり、通常の撮影領域を十分カバーする変倍域を有した携帯情報端末装置を提供することができる。このためユーザは、携帯性に優れた携帯情報端末装置で高画質な画像を撮影し、その画像を外部へ送信したりすることができる。
また、上述したズームレンズは、可視域から近赤外域までのシームレスな撮像装置に対応するので、小型で高画質の監視用カメラや監視用ビデオカメラに適用すれば、実用的効果は多大である。
上述したように、請求項１に記載の発明によれば、２０倍程度の変倍比で、短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．５程度であり、構成枚数が１３枚程度で比較的安価であり、近赤外の波長域においても収差が十分に補正され、小型で且つ２００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することができる。

上述したように、請求項２、請求項３記載の発明によれば、色収差をより良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することができるため、長焦点端における画面全体にわたる色にじみ等をさらに抑えた、良好な描写の得られるカメラを実現することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、小型で高性能なズームレンズを提供することができるため、高画質で小型なカメラ（携帯情報端末装置）を実現することができる。
また、請求項５ないし請求項８に記載の発明によれば、各収差をさらに良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することができるため、さらに高い解像力を有する高画質のカメラを実現することができる。
請求項９に記載の発明によれば、２０倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．５程度であり、構成枚数が１３程度、小型でかつ２００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを撮影光学系として使用した、小型で高画質のカメラを提供ことができるため、ユーザは携帯性に優れたカメラで高画質な画像を撮影することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、２０倍程度の変倍比で短焦点端の半画角が３０度程度でありながら短焦点端のＦナンバが２．０以下、長焦点端のＦナンバが２．５程度であり、構成枚数が１３程度、小型でかつ２００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズをカメラ機能部の撮影光学系として使用した、小型で高画質の携帯情報端末装置を提供ことができるため、ユーザは携帯性に優れた携帯情報端末装置で高画質な画像を撮影し、その画像を外部へ送信したりすることができる。
次に、上述した本発明の原理的な実施の形態に基づく、具体的な実施例を詳細に説明する。以下に述べる実施例１〜実施例４は、本発明の第１の実施の形態〜第４の実施の形態に係るズームレンズの数値例（数値実施例）による具体的な構成の実施例である。図１〜図４は、本発明の第１の実施の形態に係る実施例１におけるズームレンズを説明するためのものである。図５〜図８は、本発明の第２の実施の形態に係る実施例２におけるズームレンズを説明するためのものである。図９〜図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る実施例３におけるズームレンズを説明するためのものである。そして図１３〜図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る実施例４におけるズームレンズを説明するためのものである。

実施例１〜実施例４のズームレンズは、いずれも、物体側から、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置した、いわゆる正−負−正−正の４群構成のズームレンズである。
実施例１〜実施例４の各実施例のズームレンズにおいて、第４レンズ群の像面側に配設される平行平板からなる光学要素は、光学ローパスフィルタおよび紫外カットフィルタ等の各種光学フィルタや、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサまたはＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を想定したものである。ここでは、等価的な透明平行平板として、フィルタ等ＦＧと総称することにする。
また、開口絞りＡＤの物体側または像側に、ＮＤフィルタ等の各種フィルタＦを挿入してもよい。
また、実施例１〜実施例４の各実施例において用いている光学ガラスの硝材は、株式会社オハラ（ＯＨＡＲＡ）およびＨＯＹＡ株式会社（ＨＯＹＡ）の製品の光学硝種名で示している。

レンズの材質は、全ての実施例において、全て光学ガラスとなっているが、樹脂レンズを用いても良い。
実施例１〜実施例４の各実施例のズームレンズにおける収差は、十分に補正されており、２００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子に対応することが可能となっている。本発明の第１の実施の形態〜第４の実施の形態に従ってズームレンズを構成することによって、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは、実施例１〜実施例４の各実施例より明らかである。
実施例１〜実施例４に共通な記号の意味は、次の通りである。
ｆ：光学系全系の焦点距離
Ｆ：Ｆ値（Ｆナンバ）
ω：半画角（度）
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
ｎ_ｄ：屈折率
ν_ｄ：アッベ数
Ｃ２：位相関係の２次項の係数
Ｃ４：位相関係の４次項の係数
回折格子の形状を、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）とし、
φ（ｈ）＝（２π／λｄ）（Ｃ２・ｈ^２＋Ｃ４・ｈ^４）と表す。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る実施例１のズームレンズの光学系のレンズ構成および短焦点端、つまり広角端から所定の中間焦点距離を経て長焦点端、つまり望遠端へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、（ａ）は短焦点端、即ち広角端における断面図、（ｂ）は所定の中間焦点距離における断面図、そして（ｃ）は長焦点端、即ち望遠端における断面図である。なお、実施例１のレンズ群配置を示す図１において、図示左側が物体（被写体）側である。
図１に示すズームレンズは、物体側から、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。
第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の各群毎に一体的に動作する。開口絞りＡＤは、像面に対し、固定であるように設けられている。図１には、各光学面の面番号も示している。なお、図１における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは、他の実施例とはかならずしも共通の構成ではない。

短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ１は、固定であり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は、移動する。これにより、短焦点端から長焦点端への移動に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が小さくなるように移動する。
図１に示す本発明に係る第１の実施の形態であって、実施例（数値実施例。以下同じ）１のズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ３とを、配置している。
そして、第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１と正レンズＬ２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ６とを配置している。そして、第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５と負レンズＬ６の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ７と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ８と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ９と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ１０とを配置している。
この第３レンズ群Ｇ３のレンズ面、この例の場合、正レンズＬ８負レンズＬ９の接合面に積層型の回折光学素子を密接して設ける。
そして、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ８と負レンズＬ９の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合された２枚の接合レンズを形成している。
第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、開口絞りＡＤが像面に対して不動となるように保持されている。尚、この開口絞りＡＤに隣接して平行平板よりなるＮＤフィルタ等の各種フィルタ（図示せず）を設けてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１１と、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１２と、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１３とを配置している。

第４レンズ群Ｇ４の像面側には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタやＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を想定した透明平行平板として表わした、フィルタ等ＦＧが配置されている。
この場合、図１に示すように、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４はするため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。
フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４で行うことが望ましい。
その理由は、第４レンズ群でフォーカシングすることにより、比較的小さいレンズ群でフォーカスすることができ、小型化、省エネにつながる。またフォーカシング移動量も小さくすることができ、延いては、フォーカシング動作を迅速化させることもできて、好都合である。
この実施例１においては、全光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバＦおよび半画角ωが、短焦点端から長焦点端へのズーミングによって、それぞれｆ＝５．１５〜２２．３５〜９６．９８、Ｆ＝１．８５〜２．１４〜２．４０およびω＝３１．７９〜７．８１〜１．８１の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表１の通りである。

この実施例１においては、全光学系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔ＤＡ、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＡＤとの間の可変間隔ＤＢ、開口絞りＡＤと第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔ＤＣ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の可変間隔ＤＤ、そして第４レンズ群Ｇ４とフィルタ等ＦＧとの間の可変間隔ＤＥ等の可変量は、ズーミングに伴って次表２のように変化する。

回折面の焦点距離ｆ３ＤＯＥは、位相関数の２次項の係数をＣ２とし、位相関数の４次項の係数をＣ４として、
ｆ３ＤＯＥ＝−１（２×Ｃ２）
で表されるが、この実施例１においては、第１５面、即ち、正レンズＬ８と負レンズＬ９との接合面に形成される回折面の位相関数の２次項の係数Ｃ２は、以下の表３に記載の通りである。尚、位相関数の４次項の係数Ｃ４も併記する。

尚、回折格子の形状は、上述したように、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）として、
φ（ｈ）＝２π／λｄ（Ｃ２・ｈ^２＋Ｃ４・ｈ^４）と表される。
この実施例１の場合、上記条件式（１）〜条件式（１２）に対応する値は、次表４の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（１２）を満足している。

また、図２、図３および図４に、それぞれ、実施例１の短焦点端（広角端）、中間焦点距離および長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの収差図において、球面収差図における破線は正弦条件をあらわし、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図２〜図４より明らかなように、実施例１のズームレンズにおいて、収差は、十分に補正されている。２００万〜５００万画素の受光素子に対応することが可能となっており、実施例１のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることが明らかである。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る実施例２のズームレンズの光学系のレンズ構成および短焦点端、つまり広角端から所定の中間焦点距離を経て長焦点端、つまり望遠端へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、（ａ）は短焦点端、即ち広角端における断面図、（ｂ）は所定の中間焦点距離における断面図、そして（ｃ）は長焦点端、即ち望遠端における断面図である。なお、実施例２のレンズ群配置を示す図５において、図示左側が物体（被写体）側である。
図５に示すズームレンズは、物体側から、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。
第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の各群毎に一体的に動作する。開口絞りＡＤは、像面に対し、固定であるように設けられている。図５には、各光学面の面番号も示している。なお、図５における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは、他の実施例とはかならずしも共通の構成ではない。

短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ１は、固定であり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は、移動する。これにより、短焦点端から長焦点端への移動に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が小さくなるように移動する。
図５に示す本発明に係る第２の実施の形態であって、実施例（数値実施例。以下同じ）２のズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ３とを、配置している。
そして、第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１と正レンズＬ２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ６とを配置している。そして、第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５と負レンズＬ６の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ７と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ８と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ９と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ１０とを配置している。
この第３レンズ群Ｇ３のレンズ面、この例の場合、正レンズＬ８と負レンズＬ９の接合面に積層型の回折光学素子を密接して設ける。
そして、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ８と負レンズＬ９の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合された２枚の接合レンズを形成している。

第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、開口絞りＡＤが像面に対して不動となるように保持されている。尚、この開口絞りＡＤに隣接して平行平板よりなるＮＤフィルタ等の各種フィルタ（図示せず）を設けてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１１と、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１２と、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１３とを配置している。
第４レンズ群Ｇ４の像面側には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタやＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラスを想定した透明平行平板として表わした、フィルタ等ＦＧが配置されている。
この場合、図５に示すように、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４はするため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。

フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４で行うことが望ましい。
その理由は、第４レンズ群でフォーカシングすることにより、比較的小さいレンズ群でフォーカスすることができ、小型化、省エネにつながる。またフォーカシング移動量も小さくすることができ、延いては、フォーカシング動作を迅速化させることもできて、好都合である。
この実施例２においては、全光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバＦおよび半画角ωが、短焦点端から長焦点端へのズーミングによって、それぞれｆ＝５．１５〜２２．３６〜９７．０２、Ｆ＝１．８３〜２．１５〜２．４８およびω＝３１．８０〜７．７９〜１．８０の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表５の通りである。

この実施例２においては、全光学系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔ＤＡ、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＡＤとの間の可変間隔ＤＢ、開口絞りＡＤと第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔ＤＣ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の可変間隔ＤＤ、そして第４レンズ群Ｇ４とフィルタ等ＦＧとの間の可変間隔ＤＥ等の可変量は、ズーミングに伴って次表６のように変化する。

回折面の焦点距離ｆ３ＤＯＥは、位相関数の２次項の係数をＣ２とし、位相関数の４次項の係数をＣ４として、
ｆ３ＤＯＥ＝−１（２×Ｃ２）
で表されるが、この実施例２においては、第１５面、即ち、正レンズＬ８と負レンズＬ９との接合面に形成される回折面の位相関数の２次項の係数Ｃ２は、以下の表７に記載の通りである。尚、位相関数の４次項の係数Ｃ４も併記する。

尚、回折格子の形状は、上述したように、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）として、
φ（ｈ）＝２π／λｄ（Ｃ２・ｈ^２＋Ｃ４・ｈ^４）と表される。
この実施例２の場合、上記条件式（１）〜条件式（１２）に対応する値は、次表８の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（１２）を満足している。

また、図６、図７および図８に、それぞれ、実施例２の短焦点端（広角端）、中間焦点距離および長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの収差図において、球面収差図における破線は正弦条件をあらわし、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図６〜図８より明らかなように、実施例２のズームレンズにおいて、収差は、十分に補正されている。２００万〜５００万画素の受光素子に対応することが可能となっており、実施例２のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることが明らかである。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係る実施例３のズームレンズの光学系のレンズ構成および短焦点端から所定の中間焦点距離を経て長焦点端へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、（ａ）は短焦点端における断面図、（ｂ）は所定の中間焦点距離における断面図、そして（ｃ）は長焦点端における断面図である。なお、実施例３のレンズ群配置を示す図９において、図示左側が物体（被写体）側である。
図９に示すズームレンズは、物体側から、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。
第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の各群毎に一体的に動作する。
短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ１は、固定であり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は、移動する。これにより、短焦点端から長焦点端への移動に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が小さくなるように移動する。

図９に示す本発明に係る第３の実施の形態であって、実施例（数値実施例。以下同じ）３のズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ３とを、配置している。
そして、第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１と正レンズＬ２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ６とを配置している。そして、第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５と負レンズＬ６の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ７と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ８と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ９と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ１０とを配置している。

この第３レンズ群Ｇ３のレンズ面、この例の場合、正レンズＬ８と負レンズＬ９の接合面に積層型の回折光学素子を密接して設ける。
そして、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ８と負レンズＬ９の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合された２枚の接合レンズを形成している。
第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、開口絞りＡＤが像面に対して不動となるように保持されている。尚、この開口絞りＡＤに隣接して平行平板よりなるＮＤフィルタ等の各種フィルタ（図示せず）を設けてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１１と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１２と、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１３とを配置している。
そして、第４レンズ群Ｇ４の像面側には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタやＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラスを想定した透明平行平板として表わした、フィルタ等ＦＧが配置されている。

この場合、図９に示すように、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４はするため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。
フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４で行うことが望ましい。
その理由は、第４レンズ群でフォーカシングすることにより、比較的小さいレンズ群でフォーカスすることができ、小型化、省エネにつながる。またフォーカシング移動量も小さくすることができ、延いては、フォーカシング動作を迅速化させることもできて、好都合である。
この実施例３においては、全光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバＦおよび半画角ωが、短焦点端から長焦点端へのズーミングによって、それぞれｆ＝５．３０〜２３．１１〜９９．４０、Ｆ＝１．８３〜２．１４〜２．５２およびω＝３０．５９〜７．５４〜１．７７の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表９の通りである。

この実施例３においては、全光学系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔ＤＡ、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＡＤとの間の可変間隔ＤＢ、開口絞りＡＤと第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔ＤＣ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の可変間隔ＤＤ、そして第４レンズ群Ｇ４とフィルタ等ＦＧとの間の可変間隔ＤＥ等の可変量は、ズーミングに伴って次表１０のように変化する。

回折面の焦点距離ｆ３ＤＯＥは、位相関数の２次項の係数をＣ２とし、位相関数の４次項の係数をＣ４として、
ｆ３ＤＯＥ＝−１（２×Ｃ２）
で表される。この実施例３においては、第１５面、即ち、正レンズＬ８と負レンズＬ９との接合面に形成される回折面の位相関数の２次項の係数Ｃ２は、以下の表１１に記載の通りである。尚、位相関数の４次項の係数Ｃ４も併記する。

尚、回折格子の形状は、上述したように、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）として、
φ（ｈ）＝２π／λｄ（Ｃ２・ｈ^２＋Ｃ４・ｈ^４）と表される。
この実施例３の場合、上記条件式（１）〜条件式（１２）に対応する値は、次表１２の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（１２）を満足している。

また、図１０、図１１および図１２に、それぞれ、実施例３の短焦点端（広角端）、中間焦点距離および長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの収差図において、球面収差図における破線は正弦条件をあらわし、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図１０〜図１２より明らかなように、実施例３のズームレンズにおいて、収差は、十分に補正されている。２００万〜５００万画素の受光素子に対応することが可能となっており、実施例１のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることが明らかである。

図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る実施例４のズームレンズの光学系のレンズ構成および短焦点端から所定の中間焦点距離を経て長焦点端へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、（ａ）は短焦点端、即ち広角端における断面図、（ｂ）は所定の中間焦点距離における断面図、そして（ｃ）は長焦点端、即ち望遠端における断面図である。なお、実施例２のレンズ群配置を示す図１３において、図示左側が物体（被写体）側である。
図１３に示すズームレンズは、物体側から、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。
第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の各群毎に一体的に動作する。開口絞りＡＤは、像面に対し、固定であるように設けられている。図１３には、各光学面の面番号も示している。

短焦点端（広角端）から長焦点端（望遠端）への変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ１は、固定であり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は、移動する。これにより、短焦点端から長焦点端への移動に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が小さくなるように移動する。
図１３に示す本発明に係る第４の実施の形態であって、実施例（数値実施例）４のズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１と、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ３とを、配置している。
そして、第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１と正レンズＬ２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ４と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ６とを配置している。そして、第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５と負レンズＬ６の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚の接合レンズを形成している。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に像側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ７と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ８と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる負レンズＬ９と、物体側に像側の面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる正レンズＬ１０とを配置している。
この第３レンズ群Ｇ３のレンズ面、この例の場合、正レンズＬ８と負レンズＬ９の接合面に積層型の回折光学素子を密接して設ける。
そして、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ８と負レンズＬ９の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合された２枚の接合レンズを形成している。
第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、開口絞りＡＤが像面に対して不動となるように保持されている。尚、この開口絞りＡＤに隣接して平行平板よりなるＮＤフィルタ等の各種フィルタ（図示せず）を設けてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１１と、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる負レンズＬ１２と、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズからなる正レンズＬ１３とを配置している。

そして、第４レンズ群Ｇ４の像面側には、各種光学フィルタやＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の受光撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を想定した透明平行平板として表わした、フィルタ等ＦＧが配置されている。
この場合、図１３に示すように、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４はするため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は大きくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は小さくなる。
フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４で行うことが望ましい。
この実施例４においては、全光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバＦおよび半画角ωが、短焦点端から長焦点端へのズーミングによって、それぞれｆ＝５．１４〜２２．２９〜９６．６０、Ｆ＝１．８５〜２．１２〜２．４３およびω＝３１．８９〜７．８４〜１．８２の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表１３の通りである。

この実施例４においては、全光学系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）、半画角ω、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の可変間隔ＤＡ、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＡＤとの間の可変間隔ＤＢ、開口絞りＡＤと第３レンズ群Ｇ３との間の可変間隔ＤＣ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の可変間隔ＤＤ、そして第４レンズ群Ｇ４とフィルタ等ＦＧとの間の可変間隔ＤＥ等の可変量は、ズーミングに伴って次表１４のように変化する。

回折面の焦点距離ｆ３ＤＯＥは、位相関数の２次項の係数をＣ２とし、位相関数の４次項の係数をＣ４として、
ｆ３ＤＯＥ＝−１（２×Ｃ２）
で表される。この実施例４においては、第１５面、即ち、正レンズＬ８と負レンズＬ９との接合面に形成される回折面の位相関数の２次項の係数Ｃ２は、以下の表１５に記載の通りである。尚、位相関数の４次項の係数Ｃ４も併記する。

尚、回折格子の形状は、上述したように、基準波長（ｄ線）をλｄ、光軸からの距離をｈ、位相をφ（ｈ）として、
φ（ｈ）＝２π／λｄ（Ｃ２・ｈ^２＋Ｃ４・ｈ^４）と表される。
この実施例４の場合、上記条件式（１）〜条件式（１２）に対応する値は、次表１６の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（１２）を満足している。

また、図１４、図１５および図１６に、それぞれ、実施例４の短焦点端（広角端）、中間焦点距離および長焦点端（望遠端）における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの収差図において、球面収差図における破線は正弦条件をあらわし、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図１４〜図１６より明らかなように、実施例４のズームレンズにおいて、収差は、十分に補正されている。２００万〜５００万画素の受光素子に対応することが可能となっており、実施例４のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることが明らかである。

〔第５の実施の形態〕
次に、上述した本発明の第１の実施の形態〜第４の実施の形態に係る実施例１〜実施例４等のようなズームレンズを撮影用光学系または動画撮影用光学系として採用して構成した本発明の第５の実施の形態に係るカメラについて図１７〜図１９を参照して説明する。図１７は、本発明の第５の実施の形態に係るカメラとしてのデジタルカメラを物体側から見た外観構成を模式的に示す斜視図、そして図１８は、当該デジタルカメラを撮影者側から見た外観構成を模式的に示す斜視図である。また、図１９は、当該デジタルカメラの機能構成を示すブロック図である。なお、図１７〜図１９には、カメラとしてのデジタルカメラについて説明しているが、動画撮影を主としたビデオカメラおよび在来の、いわゆる銀塩フィルムを用いるフィルムカメラ等を含む主として撮像専用の撮像装置だけでなく、携帯電話機や、ＰＤＡ（personal data assistant）などと称される携帯情報端末装置、さらにはこれらの機能を含む、いわゆるスマートフォンやタブレット端末などの携帯端末装置を含む種々の情報装置にデジタルカメラ等に相当する撮像機能が組み込まれることが多い（請求項９〜請求項１０に対応する）。

このような情報装置も、外観は若干異にするもののデジタルカメラ等と実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような情報装置に上述した本発明の第１の実施の形態〜第４の実施の形態に係るズームレンズを撮像用光学系として用いることができる。
図１７および図１８に示すように、デジタルカメラは、カメラボディ１００に、撮像レンズ（撮影レンズ）１０１、光学ファインダ１０２、ストロボ（電子フラッシュライト）１０３、シャッタボタン１０４、電源スイッチ１０５、液晶モニタ１０６、操作ボタン１０７、メモリカードスロット１０８およびズームスイッチ１０９等を装備している。さらに、図１９に示すように、デジタルカメラは、カメラボディ１００内に、中央演算装置（ＣＰＵ）１１１、画像処理装置１１２、受光素子１１３、信号処理装置１１４、半導体メモリ１１５および通信カード等１１６を具備している。
デジタルカメラは、撮像用光学系としての撮像レンズ１０１と、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）撮像素子またはＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等を用いてイメージセンサとして構成された受光素子１１３とを有しており、撮像レンズ１０１によって結像される被写体光学像を受光素子１１３によって読み取る。この撮像レンズ１０１として、上述した実施例１〜実施例４等において説明したような本発明の第１の実施の形態〜第４の実施の形態に係るズームレンズを用いる。

受光素子１１３の出力は、中央演算装置１１１によって制御される信号処理装置１１４によって処理され、デジタル画像情報に変換される。信号処理装置１１４によってデジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置１１１によって制御される画像処理装置１１２において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ１１５に記録される。この場合、半導体メモリ１１５は、メモリカードスロット１０８に装填されたメモリカードでもよく、デジタルカメラ本体にオンボードで内蔵された半導体メモリでもよい。液晶モニタ１０６には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ１１５に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ１１５に記録した画像は、通信カードスロット（明確には図示していないが、メモリカードスロット１０８と兼用しても良い）に装填した通信カード等１１６を介して外部へ送信することも可能である。
撮像レンズ１０１は、カメラの携帯時には、その対物面がレンズバリア（明確には図示していない）により覆われており、ユーザが電源スイッチ１０５を操作して電源を投入すると、レンズバリアが開き、対物面が露出する構成とする。このとき、撮像レンズ１０１の鏡胴の内部では、ズームレンズを構成する各群の光学系が、例えば短焦点端（広角端）の配置となっており、ズームスイッチ１０９を操作することによって、各群光学系の配置が変更されて、中間焦点距離を経て長焦点端（望遠端）への変倍動作を行うことができる。

なお、光学ファインダ１０２の光学系も撮像レンズ１０１の画角の変化に連動して変倍するようにすることが望ましい。
多くの場合、シャッタボタン１０４の半押し操作により、フォーカシングがなされる。
本発明の第１〜第４の実施の形態に係るズームレンズ（請求項１〜請求項８で定義され、あるいは前述した実施例１〜実施例４に示されるズームレンズ）におけるフォーカシングは、ズームレンズを構成する複数群の光学系の一部の群の移動によって行うことができる。シャッタボタン１０４を更に押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
半導体メモリ１１５に記録した画像を液晶モニタ１０６に表示させたり、通信カード等１１６を介して外部へ送信させたりする際には、操作ボタン１０７を所定のごとく操作する。半導体メモリ１１５および通信カード等１１６は、メモリカードスロット１０８および通信カードスロット等のような、それぞれ専用または汎用のスロットに装填して使用される。

なお、撮像レンズ１０１が沈胴状態にあるときには、結像レンズの各群は必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、沈胴時に第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の少なくとも一方が光軸上から退避して、その他のレンズ群と並列的に収納されるような機構とすれば、デジタルカメラのさらなる薄型化を実現することができる。
上述したデジタルカメラ（カメラ）のような撮像装置または同様の撮像機能を有する携帯情報端末装置には、既に述べた通り、第１〜第４の実施の形態（実施例１〜実施例４）のようなズームレンズを用いて構成した撮像レンズ１０１を撮影用光学系として使用することができる。したがって、２００万〜５００万画素またはそれ以上の画素数の受光素子を使用した高画質で小型のデジタルカメラのような撮像装置または同様の撮像機能を有する携帯情報端末装置等の情報装置を実現することができる。
また、本発明の第１〜第４の実施の形態に係るズームレンズの構成は、在来の銀塩フィルムカメラの撮影レンズや投影機の投射レンズとしても応用が可能である。

Ｇ１ 第１レンズ群（正）
Ｌ１ 負レンズ
Ｌ２ 正レンズ
Ｌ３ 正レンズ
Ｇ２ 第２レンズ群（負）
Ｌ４ 負レンズ
Ｌ５ 負レンズ
Ｌ６ 正レンズ
Ｇ３ 第３レンズ群（正）
Ｌ７ 正レンズ
Ｌ８ 正レンズ
Ｌ９ 負レンズ
Ｌ１０ 正レンズ
Ｇ４ 第４レンズ群（正）
Ｌ１１ 正レンズ
Ｌ１２ 負レンズ
Ｌ１３ 正レンズ
ＡＤ 開口絞り
ＦＧ フィルタ等
１００ カメラボディ
１０１ 撮像レンズ
１０２ 光学ファインダ
１０３ ストロボ（電子フラッシュライト）
１０４ シャッタボタン
１０５ 電源スイッチ
１０６ 液晶モニタ
１０７ 操作ボタン
１０８ メモリカードスロット
１０９ ズームスイッチ
１１１ 中央演算装置（ＣＰＵ）
１１２ 画像処理装置
１１３ 受光素子（エリアセンサ）
１１４ 信号処理装置
１１５ 半導体メモリ
１１６ 通信カード等

特開平１１−３１１７４３号公報（特許第４００４１４０号） 特開２００８−１９７５３３号公報（特許第５０２８１０３号） 特開２００４−２４５９５１号公報（特許第４４２３５８７号）

Claims (10)

1. 物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置してなり、
   短焦点端から長焦点端への変倍に伴って、前記第１レンズ群は固定とし、前記第２レンズ群は像側に移動し、前記第３レンズ群は物体側に移動し、前記第４レンズ群は移動するズームレンズにおいて、
   前記第４レンズ群でフォーカシングを行い、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間に開口絞りを配設し、
   前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズの接合レンズを含み、前記接合レンズの接合面に回折光学素子の回折面を有し、前記第１レンズ群は正レンズを有し、
   当該正レンズを構成する材料の屈折率をｎ_ｄ、当該正レンズを構成する材料のアッベ数をν_ｄ、そして当該正レンズを構成する材料の部分分散比をＰ_ｇ，Ｆとし、且つ
   前記部分分散比Ｐ_ｇ，Ｆが、
   前記正レンズを構成する材料のＦ線、Ｃ線およびｇ線に対する屈折率を、それぞれｎ_Ｆ、ｎ_Ｃおよびｎ_ｇとして、
   Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
   であらわされるとき、
   条件式：
   〔１〕 １．４５＜ｎ_ｄ＜１．６５
   〔２〕 ６０．０＜ν_ｄ＜９５．０
   〔３〕 ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）＜０．０５０
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 長焦点端における全系の焦点距離をｆ_Ｔ、前記第３レンズ群が有する回折光学素子の回折面の焦点距離をｆ３ＤＯＥとして、
   条件式：
   〔４〕 １０＜ｆ３ＤＯＥ／ｆ_Ｔ＜５０
   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. 前記第１レンズ群は少なくとも２枚の正レンズを有し、
   当該正レンズを構成する材料の屈折率をｎ_ｄ、当該正レンズを構成する材料のアッベ数をν_ｄ、そして当該正レンズを構成する材料の部分分散比をＰ_ｇ，Ｆとし、且つ
   前記部分分散比Ｐ_ｇ，Ｆが、
   前記正レンズを構成する材料のＦ線、Ｃ線およびｇ線に対する屈折率を、それぞれｎ_Ｆ、ｎ_Ｃおよびｎ_ｇとして、
   Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
   であらわされるとき、
   条件式：
   〔１〕 １．４５＜ｎ_ｄ＜１．６５
   〔２〕 ６０．０＜ν_ｄ＜９５．０
   〔３〕 ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）＜０．０５０
   を満足す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. 短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記開口絞りが像面に対して固定であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、長焦点端での全系の焦点距離をｆｔとして、
   以下の条件式：
   〔５〕 ０．７０＜ｆ１／ｆｔ＜０．９０
   〔６〕 −０．２５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０５
   〔７〕 ０．３５＜ｆ３／ｆｔ＜０．５５
   〔８〕 ０．２０＜ｆ４／ｆｔ＜０．４０
   を満足することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 短焦点端における全系の焦点距離をｆｗ、長焦点端における全系の焦点距離をｆｔ、短焦点端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔をＤ３＿４ｗ、長焦点端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔をＤ３＿４ｔとして、
   以下の条件式：
   〔９〕 ０．５＜Ｄ３＿４ｗ／ｆｗ＜０．７
   〔１０〕 ０．０５＜Ｄ３＿４ｔ／ｆｔ＜０．２５
   を満足することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群の短焦点端での横倍率をｂ２ｗ、前記第２レンズ群の長焦点端での横倍率をｂ２ｔ、短焦点端における全系の焦点距離をｆｗ、長焦点端における全系の焦点距離ｆｔとして、
   以下の条件式：
   〔１１〕 ０．４＜（ｂ２ｔ／ｂ２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．６
   を満足することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 短焦点端から長焦点端への変倍に際する前記第２レンズ群の移動量をｍ２とし、レンズ全長をＴＬとして、
   下記条件式：
   〔１２〕 ０．３＜ｍ２／ＴＬ＜０．４
   を満足することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする情報端末装置。

Images