JP2010085884A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズにおいて、良好な光学性能を保持して高画質化に対応可能とし、低コスト化および小型化を図る。
【解決手段】ズームレンズは、正の第１レンズ群Ｇ１、移動して変倍を行う負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、変倍時に移動する正の第４レンズ群Ｇ４を備える。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、少なくとも１面が非球面で材料がプラスチックの第４１レンズ、正の第４２レンズ、負の第４３レンズ、正の第４４レンズからなる。条件式（１）、（２）を満たす。
｜ｆ４１｜／ｆ４＞４．２ … （１）
２．２＜ｆ３／ｆ４＜４．２ … （２）
ただし、
ｆ４１：第４１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、ビデオカメラ用レンズにおいて、高画質でありながら、コンパクトなズームレンズへの要求が高まっている。例えば、撮影した光を色分解プリズムでＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色に分け、各色に対応する３つのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）で撮像した画像を重ね合わせて高画質を得る３ＣＣＤ方式に対応可能な小型のズームレンズが求められている。レンズ枚数が少なく、コンパクトでありながら、１０倍程度の高変倍比と１．８程度のＦナンバーを有するズームレンズとしては、４つのレンズ群からなる下記特許文献１、２に記載のものが挙げられる。特許文献１、２に記載されたズームレンズの第４レンズ群は、像面位置の補正を行うように移動するものであり、良好な収差補正のために正のパワーを有する非球面レンズを含んで構成されている。
特開２００４−２７９７２６号公報 特開２００６−３４３７２４号公報

ところで、近年では、上記分野のズームレンズにおいて、高画質、小型化の要求に加えて、低コスト化への要求も高まってきている。低コスト化への１つの方法として、非球面レンズをプラスチックで構成することが考えられる。しかしながら、特許文献１、２に記載された構成のようなズームレンズにおいて、第４レンズ群の非球面レンズをプラスチックで構成することは難しい。というのは、プラスチックは温度による屈折率の変化や曲率の変化が大きく、また、上記構成の第４レンズ群の正レンズは強いパワーを有するため、この非球面レンズをプラスチックで構成すると、温度変化による影響が非常に大きくなってしまうからである。したがって、この非球面レンズは一般に、ガラスを材料としてモールド成型により非球面形状が形成されたレンズ（ガラスモールドレンズ）を用いることになり、非常に高価になっていた。

また、第４レンズ群は全体で強い正のパワーを有するため、第４レンズ群に含まれる個々のレンズが担うパワーも大きくなり、その曲率も大きくなりやすい。曲率の増大に伴い、必要なコバ（縁肉）を確保するためにレンズ厚も大きくさせる必要があるため、第４レンズ群をコンパクトにまとめながら、良好な収差補正を行うのは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、良好な光学性能を保持して高画質化に対応可能であるとともに、低コスト化および小型化が図られたズームレンズおよび該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。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、第４レンズ群が、物体側から順に、少なくとも１面が非球面で材料がプラスチックの第４１レンズと、正の第４２レンズと、負の第４３レンズと、正の第４４レンズとからなり、第４１レンズの焦点距離をｆ４１とし、第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とするものである。
｜ｆ４１｜／ｆ４＞４．２ … （１）
２．２＜ｆ３／ｆ４＜４．２ … （２）

なお、本発明において、各「レンズ群」は、複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、第４１レンズの近軸領域におけるパワーの符号は、本発明においては、正、負のいずれでもよいものとする。

本発明のズームレンズでは、第４レンズ群の最も物体側に、非球面を有するプラスチックレンズを配置することで、良好な収差補正と低コスト化を図っている。そして、このプラスチックレンズのパワーを条件式（１）で規定されるような弱いパワーとすることで、温度変化による性能劣化を抑制し、良好な性能を保持するようにしている。また、高画質化のためには３ＣＣＤ方式で用いられる色分解プリズムを挿入できるだけの長いバックフォーカスが必要であり、本発明のズームレンズでは、条件式（２）を満たすことで、コンパクト化を図りつつ、長いバックフォーカスの確保も図るようにしている。

ここで、本発明のズームレンズにおいては、第４３レンズおよび第４４レンズが貼り合わされて接合レンズを構成しているようにしてもよい。

さらに、本発明のズームレンズにおいては、第４４レンズのアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
６１＜ν４４＜８３ … （３）

また、本発明のズームレンズにおいては、第４２レンズの屈折率をＮ４２としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１．５５＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）

また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズの１枚からなることが好ましい。その際に、第３レンズ群のこの正レンズの材料がプラスチックであることが好ましい。

なお、本発明において、ガラス球面上に非球面樹脂を形成したような複合型レンズは「１枚のレンズ」とは見なさないものとする。

また、本発明のズームレンズにおいては、第４２レンズと第４４レンズのアッベ数の平均をν４ｐとし、第３レンズ群の正レンズのアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
２８＜ν４ｐ−ν３１＜５０ … （５）

なお、本明細書における各条件式の値は、ズームレンズの基準波長におけるものであり、例えばズームレンズの基準波長がｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の場合は、上記条件式で記載されている屈折率やアッベ数はｄ線におけるものとなる。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第４レンズ群の構成を好適に設定し、条件式（１）、（２）を満たすように構成しているため、良好な光学性能を保持して高画質化に対応可能で、低コスト化および小型化が図られたズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。また、図２〜図６はそれぞれ、後述の実施例２〜実施例６のズームレンズの構成を示す断面図である。図１〜図６に示すズームレンズの基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、以下では主に図１を例にとって説明する。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、光軸Ｚに沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群Ｇ４とを備えている。

なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１では、左側が物体側、右側が像側である。図１では、上段に広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、下段に望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。

また、図１では無限遠物体からの軸上光束の結像位置をＰｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像装置に適用する際には、結像位置Ｐｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。

ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと結像面（撮像面）の間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１に示す例では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが第４レンズ群Ｇ４と結像位置Ｐｉｍとの間に配置されている。

このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚに沿って移動させることにより行うように構成されている。つまり、第２レンズ群Ｇ２はバリエータ群、第４レンズ群Ｇ４はコンペンセータ群およびフォーカス群としての機能を備えている。

本実施形態のズームレンズは、主に第４レンズ群Ｇ４に特徴を有し、第４レンズ群Ｇ４が、物体側から順に、少なくとも１面が非球面で材料がプラスチックのレンズＬ４１と、正レンズＬ４２と、負レンズＬ４３と、正レンズＬ４４とからなるように構成されている。

プラスチックレンズであるレンズＬ４１は、後述の条件式（１）で表すように、そのパワーが弱いものとなるように設定されている。このレンズＬ４１は、パワー配分にはほとんど影響を与えず、収差を良好に補正するための、いわば「収差補正レンズ」としての役割を担うものである。このレンズＬ４１を設けることにより、第４レンズ群Ｇ４内のレンズＬ４１以外のレンズに非球面を設けずに良好に収差補正することが可能になる。

仮にこの「収差補正レンズ」のレンズＬ４１を設けない場合、第４レンズ群Ｇ４は正レンズＬ４２、負レンズＬ４３、正レンズＬ４４の３枚構成となり、特許文献１にも見られるように、従来よく採用された構成となる。この従来の構成において、第４レンズ群に非球面を設ける場合は、通常、正レンズに設けることになる。しかし、従来の構成における第４レンズ群中の正レンズは強いパワーを有するため、プラスチックを材料とすると、温度による屈折力変化の影響が非常に大きくなり、温度変化時の性能劣化が無視できないものとなる。そのため、従来では、第４レンズ群の非球面レンズはガラスモールドレンズを用いることになり、高コストになっていた。

また、第４レンズ群は全体で強い正のパワーを有するため、従来の３枚構成では、第４レンズ群に含まれる各レンズが担うパワーも大きくなり、その曲率が大きくなりやすい。特に、色収差を良好に補正するため、低分散材料を用いる場合には、低分散材料は一般に低屈折率であることから、レンズの曲率が大きくなりやすい。曲率の増大に伴い、必要なコバ（縁肉）を確保するためにレンズ厚も大きくさせる必要があり、小型化に反するものとなっていた。

上記不具合に対して、本実施形態のズームレンズは、第４レンズ群の非球面レンズであるレンズＬ４１のパワーを弱いものとすることで、プラスチックを材料としても温度変化の影響を小さくでき、レンズＬ４１をプラスチックで構成することが可能になる。また、レンズＬ４１のパワーは弱いため、レンズＬ４１のレンズ厚は薄くすることができる。

本実施形態のズームレンズは、第４レンズ群が３枚構成からなる従来のものと比較して、結果として１枚レンズが増えているが、ガラスモールドの非球面レンズと比較して、プラスチック非球面レンズは安価に構成できる場合が多い。また、レンズＬ４１はプラスチックで構成されているため軽量化でき、移動群である第４レンズ群Ｇ４にとって有利である。

さらに、従来の３枚構成の正レンズに非球面を設ける代わりに、本実施形態のように非球面を有するレンズＬ４１を設けることで、第４レンズ群Ｇ４のレンズＬ４１以外の正レンズをガラスモールドレンズにする必要がなくなり、第４レンズ群Ｇ４のレンズＬ４１以外の正レンズに用いる材料選択の自由度が増加し、色収差補正にも有利である。

すなわち、第４レンズ群Ｇ４中に、安価で軽量なプラスチックで構成しながらも、温度変化による影響が小さく、良好な収差補正能力を有する薄型のレンズであるレンズＬ４１を配置することにより、ガラスで構成される非球面レンズを削減し、低コスト化を図るとともに、収差が良好に補正されたズームレンズを得ることができる。

本実施形態のズームレンズは、一例として、図１に示す例のような構成を採ることができる。すなわち、各レンズ群とも物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と正レンズＬ１２との貼り合わせによる接合レンズ、メニスカス形状の正レンズＬ１３からなる３枚構成とし、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３と負レンズＬ２４との貼り合わせによる接合レンズからなる４枚構成とし、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ３１からなる１枚構成とし、第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１、正レンズＬ４２、負レンズＬ４３と正レンズＬ４４との貼り合わせによる接合レンズからなる４枚構成とすることができる。

図１に示す例のように、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４３および正レンズＬ４４は、貼り合わされて接合レンズを構成していることが好ましく、この場合は色収差の補正において有利となる。

第３レンズ群Ｇ３については、図１に示す例のように、正レンズＬ３１の１枚構成とすることが好ましく、これにより、レンズ枚数を低減して小型化を図ることができる。そして、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成とする場合には、この正レンズＬ３１は、少なくとも１面に非球面を有することが好ましい。正レンズＬ３１を非球面レンズとすることにより、収差補正上有利となり、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成とすることが容易となる。

正レンズＬ３１が非球面レンズの場合は、プラスチックレンズであることが好ましい。材料をプラスチックにすることで、低コスト化および軽量化を実現できる。また、適用される撮像装置の鏡筒がプラスチック材料からなる場合には、鏡筒の温度変化に伴う伸縮と、プラスチック材料からなる正レンズの温度変化に伴う像位置の移動とが相殺しあって、温度変化による見た目上の像位置の変化を抑制することができる。この点において、ガラスレンズよりプラスチックレンズの方が、温度変化に対して有利であるといえる。

図１に示す本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成としているため、特許文献１のような第３レンズ群Ｇ３を２枚構成とした従来例に比べて、第３レンズ群Ｇ３のレンズ枚数を少なくできる。このことから、第３レンズ群Ｇ３を１枚構成とした場合には、第２レンズ群Ｇ２を３枚構成にした従来例と異なり、本実施形態のように、第２レンズ群Ｇ２を４枚構成とすることが考えられる。

以下に第２レンズ群Ｇ２を４枚構成にする意味について説明する。レンズ系全長を短くして小型化するためには、変倍時の移動量を小さくする必要があり、そのためには第２レンズ群Ｇ２に強い負のパワーを持たせることが好ましい。しかし、レンズのパワーが強くなりすぎると、第２レンズ群Ｇ２は移動群であるため、変倍時の収差変動が大きくなってしまう。

特許文献１のものでは第２レンズ群が負、負、正の３枚構成となっているが、図１に示す本実施形態のズームレンズでは、これにさらに負レンズを１枚追加した４枚構成とすることで、第２レンズ群Ｇ２が強い負のパワーを持つ場合でも、第２レンズ群Ｇ２に必要な負のパワーを分散させるようにしている。これにより、第２レンズ群Ｇ２の各負レンズが担うパワーの強さが強くなりすぎて変倍時の収差変動が大きくなってしまうことなく、レンズ系全長を小型化することが可能になる。

また、本実施形態のズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２において、物体側に２枚の負レンズを有している。このように、物体側に負のパワーを多く配分することにより、第２レンズ群の物体側主点の位置を物体側に近づけて第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の主点間隔を短くすることができる。これにより、軸外光束の第１レンズ群Ｇ１を通過する高さを低くすることができ、前玉径（最も物体側のレンズの径）の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態のズームレンズは、第４レンズ群Ｇ４の最も物体側のレンズＬ４１の焦点距離をｆ４１とし、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（１）を満たすように構成されている。
｜ｆ４１｜／ｆ４＞４．２ … （１）

条件式（１）は、レンズＬ４１の焦点距離と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離の比を規定しており、いわば第４レンズ群Ｇ４に対するレンズＬ４１のパワーの比を規定している。条件式（１）の下限を下回ると、レンズＬ４１のパワーが強くなり、上記で説明したように、温度変化による影響が大きくなり、好ましくない。

さらに、下記条件式（１−１）を満たすことがより好ましい。条件式（１−１）の下限を満たすことで、温度変化による影響をより低減できる。
５．０＜｜ｆ４１｜／ｆ４＜８０ … （１−１）

条件式（１−１）の上限を超えた場合には、物体側と像側の面の曲率が近いメニスカス形状で有効な大きさのパワーを有する第１のレンズ形状になる場合と、物体側と像側の面が平面に近い形状でほとんどパワーを有しない第２のレンズ形状になる場合が考えられる。上述したように、本発明ではレンズＬ４１として、パワー配分にはほとんど影響を与えない、いわゆる「収差補正レンズ」を想定しているため、第２のレンズ形状について考えを進める。第２のレンズ形状において、条件式（１−１）の上限を超えるほどパワーが弱くなると、レンズの中心部では平面に近く、周辺部では急激に曲率が大きくなる形状となりやすい。そうすると、レンズの偏芯や軸ずれの影響が大きくなり、微小の誤差で性能が悪化し、良好な光学性能を保持できなくなる。また、製造性も悪化してしまう。あるいは、条件式（１−１）の上限を超えるほどパワーが弱くなったときに、レンズの中心部では平面に近く、周辺部で急激に曲率が大きくなる形状にしない場合は、収差の補正能力を失ってしまい、良好な光学性能を保持できなくなる。

また、本実施形態のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（２）を満たすように構成されている。
２．２＜ｆ３／ｆ４＜４．２ … （２）

条件式（２）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離の比を規定している。条件式（２）は、良好な光学性能を達成しつつ、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ系を小型化するとともに、３ＣＣＤ方式で用いられる色分解プリズム等を挿入可能な長いバックフォーカスを確保するための、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のパワー配分の好適な範囲を規定するものである。

条件式（２）の下限を下回るほど第３レンズ群Ｇ３のパワーを強くしてしまうと、変倍時や合焦時の球面収差の変動が大きくなってしまう。また、必要なバックフォーカスを確保することが非常に困難となる。逆に、条件式（２）の上限を上回ると、レンズ系全長が長くなり、さらに、第４レンズ群Ｇ４に入射する光線高が大きくなり、第４レンズ群Ｇ４が大型化してしまう。

さらに、下記条件式（２−１）を満たすことがより好ましい。条件式（２−１）を満たすことで、条件式（２）を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
２．４＜ｆ３／ｆ４＜４．０ … （２−１）

本実施形態のズームレンズは、上記構成に加え、さらに以下の条件式を満たすように構成することが好ましく、これにより、さらに良好な特性を得ることができる。

正レンズＬ４４のアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
６１＜ν４４＜８３ … （３）

条件式（３）は、正レンズＬ４４のアッベ数を規定している。第４レンズ群Ｇ４中に、条件式（３）で規定される低分散材料を用いることで、変倍時や合焦時の色収差の変動や、第４レンズ群Ｇ４で発生する色収差を抑えることができる。

条件式（３）を下回る場合、色収差を良好に補正することができない。逆に、条件式（３）を上回るような低分散材料を用いると、色収差の補正には有利であるが、低屈折率材料を用いることになるため、必要なコバを確保するためにレンズが厚くなってしまう。

正レンズＬ４２の屈折率をＮ４２としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１．５５＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）

条件式（４）は、正レンズＬ４２の屈折率を規定している。第４レンズ群Ｇ４は強い正のパワーを有し、個々のレンズが担うパワーが大きい。そのため、条件式（４）を下回るような材料で正レンズＬ４２を構成した場合には、レンズの曲率が大きくなり、変倍時や合焦時の収差変動が大きくなり、収差補正が困難になる。また、必要なコバを確保するために必要なレンズ厚も大きくなり、第４レンズ群Ｇ４が大型化してしまう。条件式（４）を上回ると、レンズを薄く作るのに有利ではあるが、高屈折率材料を用いることになり、高屈折率材料は一般に分散が大きいため、良好な色収差補正を行うことが困難になる。

第３レンズ群Ｇ３が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズＬ３１の１枚からなる場合、正レンズＬ４２と正レンズＬ４４のアッベ数の平均をν４ｐとし、正レンズＬ３１のアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。
２８＜ν４ｐ−ν３１＜５０ … （５）

条件式（５）は、正レンズＬ４２および正レンズＬ４４のアッベ数の平均と、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１のアッベ数との差を規定している。ズームレンズにおける色消しは、各レンズ群において行うことが望ましいが、第３レンズ群Ｇ３を１枚で構成する場合、第４レンズ群Ｇ４と合わせて色消しを行う必要がある。第４レンズ群Ｇ４では、変倍や合焦に伴う色収差の変動を抑えるために、正レンズには低分散の材料を用いる。そこで、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３１には、第４レンズ群で生じる色収差を打ち消すような高分散の材料を用いる。

条件式（５）を下回ると、色収差、特に、ズームの中間域から望遠端にかけての色収差を十分に補正できなくなる。条件式（５）を上回ると、色収差の補正には有利であるが、その場合、レンズＬ４１に超低分散材料を用いるか、正レンズＬ３１に高分散材料を用いることになるが、その場合、それに合った材料を選択することが困難になる。また、良好な色収差補正ができなくなる。

さらに、下記条件式（５−１）を満たすことがより好ましい。条件式（５−１）を満たすことで、条件式（５）を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
３０＜ν４ｐ−ν３１＜４８ … （５−１）

また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

非球面形状が形成されるレンズの材料としては、プラスチックを用いることが好ましく、この場合には、非球面形状を精度良く作製することができるとともに、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

本ズームレンズが、広い温度範囲で使用可能なことが要求される場合には、各レンズの材料としては線膨張係数の小さいものを用いることが好ましい。また、本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型に構成でき、良好な収差補正と低コスト化を両立させることができる。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１〜６のズームレンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図６に示したものである。

実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズーム（変倍）に関するデータを表２に、非球面データを表３に示す。同様に、実施例２〜６にかかるズームレンズの基本データ、ズームに関するデータ、非球面データを表４〜表１８に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜６のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。なお、面間隔の最下欄は表中の最終面と結像面との面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の曲率半径の欄には（開口絞り）と記載している。基本レンズデータの曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

表１の基本レンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔの間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、Ｄ５（可変）、Ｄ１２（可変）、Ｄ１５（可変）、Ｄ２２（可変）と記載している。

表２のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω、変倍に伴い変化する各面間隔Ｄ５、Ｄ１２、Ｄ１５、Ｄ２２の値を示す。全画角２ωの単位は度である。

表１のＲｉおよびＤｉの単位、表２のｆ、Ｄ５、Ｄ１２、Ｄ１５、Ｄ２２の単位としては、「ｍｍ」を用いることができるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面データには、非球面レンズであるレンズの符号と、非球面の面番号と、とこれら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＡ_ｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＲＡ_ｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡ_ｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）
なお、表１のＲｉおよびＤｉの単位にｍｍを用いたときは、上記Ｚｄ、ｈの単位もｍｍとなる。

表１９に、実施例１〜６における条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。表１９からわかるように、実施例１〜６のいずれも、条件式（１）〜（５）を満足している。

図７（Ａ）〜図７（Ｈ）に実施例１のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には波長４６０．０ｎｍ、波長６１５．０ｎｍについての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｈ）、図９（Ａ）〜図９（Ｈ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）に、実施例２〜６のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。

以上のデータから、実施例１〜６のズームレンズは、約１０倍の倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのＦナンバーが１．８程度と小さく、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。

図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１３では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示している。

図１３に示すビデオカメラ１０は、３つの撮像素子を有するいわゆる３ＣＣＤ方式の撮像装置であるが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、１つの撮像素子で全波長帯域を撮像するものでもよい。ビデオカメラ１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された色分解プリズム３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、各色分解プリズムの端面に設けられた撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂはズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、その撮像面がズームレンズ１の結像面に一致するように配置される。

ズームレンズ１を透過した光はフィルタ２により不要光成分が除去され、色分解プリズム３Ｒ、３Ｇ、３Ｂにより赤、緑、青の各色光に分解された後、撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの撮像面上に結像する。赤、緑、青の各色光に対応する撮像素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂからの出力信号は信号処理回路５にて演算処理されてカラー画像が形成され、表示装置６に表示される。

本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は、小型で低コストに構成可能であり、かつ高画質の映像を得ることができる。

以上、実施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、屈折率、アッベ数等の値は、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。

本発明の実施例１にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例２にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例３にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例４にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例５にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施例６にかかるズームレンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

符号の説明

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ 色分解プリズム
４Ｂ、４Ｇ、４Ｒ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
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
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (8)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、
   前記第４レンズ群が、物体側から順に、少なくとも１面が非球面で材料がプラスチックの第４１レンズと、正の第４２レンズと、負の第４３レンズと、正の第４４レンズとからなり、
   前記第４１レンズの焦点距離をｆ４１とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   ｜ｆ４１｜／ｆ４＞４．２ … （１）
   ２．２＜ｆ３／ｆ４＜４．２ … （２）
2. 前記第４３レンズおよび前記第４４レンズが貼り合わされて接合レンズを構成し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. 前記第４４レンズのアッベ数をν４４としたとき、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
   ６１＜ν４４＜８３ … （３）
4. 前記第４２レンズの屈折率をＮ４２としたとき、下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．５５＜Ｎ４２＜１．７５ … （４）
5. 前記第３レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズの１枚からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第３レンズ群の前記正レンズの材料がプラスチックであることを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
7. 前記第４２レンズと前記第４４レンズのアッベ数の平均をν４ｐとし、前記第３レンズ群の前記正レンズのアッベ数をν３１としたとき、下記条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項５または６に記載のズームレンズ。
   ２８＜ν４ｐ−ν３１＜５０ … （５）
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

Images