JP2008304708A

JP2008304708A - ズームレンズ及び撮像装置

Info

Publication number: JP2008304708A
Application number: JP2007151810A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Soma; 祥人相馬
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20080304161A1; US7593165B2

Abstract

【課題】コストを上昇させることなく、全画角７０度を超える広画角をズーム領域に含み、１２倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズＺＬであって、物体側より像側へ順に、正パワーの第１レンズ群Ｇｒ１、負パワーの第２レンズ群Ｇｒ２、正パワーの第３レンズ群Ｇｒ３、負パワーの第４レンズ群Ｇｒ４、正パワーの第５レンズ群Ｇｒ５から成る。第２レンズ群Ｇｒ２と第４レンズ群Ｇｒ４との間に光学絞りＳＴが位置し、第４レンズ群Ｇｒ４が、少なくとも１面の非球面を有し、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ１枚から成る。条件式：-1.15＜f4／√(fw・ft)＜-0.5(f4：第４レンズ群Ｇｒ４の焦点距離、fw：広角端Ｗにおける全系の焦点距離、ft：望遠端Ｔにおける全系の焦点距離)を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明はズームレンズ及び撮像装置に関するものであり、例えば被写体の映像を撮像素子で取り込むためのオプティカルユニット等に用いられ、特に変倍比が７倍以上で比較的広角なズーム域を含むズームレンズと、それを備えた撮像装置に関するものである。

近年、デジタルカメラが急速に普及し、単に画像をコンピュータに取り込むための手段にとどまらず、従来の銀塩カメラと同様に写真を残すための道具として広く用いられるようになってきている。それに伴って、写真を残すのに有用な機能(例えば、高変倍比，広角化等)やコンパクト化への要望が強くなっている。また、撮像素子の画素数が年々増加の傾向にあるため、更に高い光学性能を達成することが要求されている。主に動画を取り込むための機器(例えば、カムコーダ等)においても、静止画撮影機能やハイビジョンへの対応等を背景として、従来以上に高い光学性能が要求されるようになっている。

これらの要求を満足する手段の１つとして、物体側より順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群と、正のパワーを有する第５レンズ群と、を配置して、高変倍比を達成したズームレンズが、特許文献１，３で提案されている。また、物体側より順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、負のパワーを有する第４レンズ群と、正のパワーを有する第５レンズ群と、を配置して、高変倍比を達成したズームレンズが、特許文献２，３で提案されている。
特開２００６−２７６７１２号公報特開２００３−２５５２２８号公報特開２００５−３４５８９２号公報

特許文献１及び２に開示されているズームレンズは、全画角７７度の広画角をズーム領域中に含み、変倍比１０倍程度の高変倍比を達成してはいるが、光学系のサイズが比較的大きいという問題がある。また、広画角に伴う軸外収差を補正するために、比較的口径の大きな第２レンズ群を含む複数のレンズ群にガラスモールド非球面を使用しており、それによるコストアップの懸念がある。特許文献３に開示されているズームレンズでは、光学系のサイズが比較的小さくなっているが、全画角７０度を超える広画角と変倍比１０倍を超える高変倍比とを同時に達成できていない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コストを上昇させることなく、全画角７０度を超える広画角をズーム領域に含み、１２倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明のズームレンズは、撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、負のパワーを有する第４レンズ群と、正のパワーを有する第５レンズ群と、から構成され、前記第２レンズ群と第４レンズ群との間に光学絞りが位置し、前記第４レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有し、かつ、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ１枚で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-1.15＜f4／√(fw・ft)＜-0.5 …(1)
ただし、
f4：第４レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。

第２の発明のズームレンズは、上記第１の発明において、前記第５レンズ群が１枚の正レンズで構成されていることを特徴とする。

第３の発明のズームレンズは、上記第２の発明において、前記第５レンズ群内の正レンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする。

第４の発明のズームレンズは、上記第２又は第３の発明において、前記第５レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることを特徴とする。

第５の発明のズームレンズは、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第５レンズ群がズーミング中に固定であることを特徴とする。

第６の発明のズームレンズは、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記第４レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることを特徴とする。

第７の発明のズームレンズは、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、以下の条件式(2)及び(3)を満足することを特徴とする。
1.6＜f1／√(fw・ft)＜5.0 …(2)
-2.0＜f4／f5＜-0.5 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
f5：第５レンズ群の焦点距離、
である。

第８の発明のズームレンズは、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより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。

第９の発明のズームレンズは、上記第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記第３レンズ群が３枚接合レンズを含むことを特徴とする。

第１０の発明のズームレンズは、上記第４又は第６の発明において、前記材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする。

第１１の発明の撮像装置は、上記第１〜第１０のいずれか１つの発明に係るズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする。

本発明で規定される特性を保持することによって、ズーム領域中に全画角７０度を超える部分を含んだ１２倍程度の高変倍比を有するズームレンズが、全ズーム域にわたって球面収差及び像面湾曲が５０μｍ以内、歪曲収差が最大５％程度の高い光学性能を保持しつつ、コスト上昇を伴うことなく、最大光学全長７８ｍｍ程度の大きさで実現可能となる。したがって本発明によれば、コストを上昇させることなく、全画角７０度を超える広画角をズーム領域に含み、１２倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を実現することができる。本発明に係る撮像装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器の薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。

以下、本発明に係るズームレンズ，撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係るズームレンズは、撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、負のパワーを有する第４レンズ群と、正のパワーを有する第５レンズ群と、から構成されている。そして、第２レンズ群と第４レンズ群との間に光学絞りが位置し、第４レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する負レンズ１枚で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴としている。
-1.15＜f4／√(fw・ft)＜-0.5 …(1)
ただし、
f4：第４レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。

一般的な正リード光学系では、負のパワーを有する第２レンズ群が変倍の主要な部分を担っており、第２レンズ群のパワーは比較的強い。また、第２レンズ群内での軸外光線高さは広角端において最も高くなる。したがって、広画角化を達成しようとすると、第２レンズ群で発生する軸外収差が問題となる。本発明に係るズームレンズでは、第２レンズ群から光学絞りを経た第４レンズ群に比較的強い負のパワーを配置することによって、第２レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差等の軸外収差を第４レンズ群で打ち消している。また、第４レンズ群に少なくとも１面の非球面を配置することによって、所望の第４レンズ群のパワーを保ちつつ、第４レンズ群を１枚のレンズで構成することを可能としている。

第４レンズ群を構成している１枚の負レンズは、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さいこと、つまり、像側面のパワーが物体側面のパワーよりも強い形状であることが望ましい。前述の第２レンズ群で発生する軸外収差を第４レンズ群で打ち消すという作用は、具体的には、第４レンズ群で正の歪曲と正の非点収差を発生させることである(ただし、非点収差の符合は物体側から像側への方向を正とする)。したがって、上述の望ましい形状とは逆に、物体側面のパワーが像側面のパワーより強い形状になると、当該面は光学絞りに凹面を向けた形状となるため、当該面での歪曲収差と非点収差の発生量が減少し、結果として、第２レンズ群で発生する軸外収差を打ち消す作用が不足する。

条件式(1)は、第４レンズ群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、第４レンズ群のパワーが弱くなり過ぎて、光学系が大型化すると共に、第２レンズ群で発生する軸外収差を打ち消す作用が不足する。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、光学系の小型化の点では望ましいが、第４レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、第２レンズ群やその他のレンズ群で発生する収差とのバランスを保つことが困難になる。

以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
-0.9＜f4／√(fw・ft)＜-0.6 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。

第４レンズ群を構成する負レンズの形状に関しては、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.2＜(R1+R2)／(R1-R2)＜6.0 …(4)
ただし、
R1：第４レンズ群を構成する負レンズの物体側面の曲率半径、
R2：第４レンズ群を構成する負レンズの像側面の曲率半径、
である。

条件式(4)は、第４レンズ群を構成する負レンズの形状に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(4)の下限を下回ると、物体側面と像側面の負のパワーの差が小さくなり、第２レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差等の軸外収差を第４レンズ群で打ち消す作用が弱くなってしまうため、望ましくない。逆に、条件式(4)の上限を上回ると、第４レンズ群に必要な負のパワーを得ることが困難になってしまうため、望ましくない。

第５レンズ群は、１枚の正レンズで構成されていることが望ましい。第５レンズ群は像面に近いため軸上光線高さが低く、球面収差やコマ収差の発生量が比較的小さい。したがって、第５レンズ群を１枚の正レンズで構成することが、低コスト化や光学系の小型化を達成する上で望ましい。

第５レンズ群内の正レンズは、少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。第５レンズ群に少なくとも１面の非球面を配置することにより、歪曲収差や非点収差を効率良く補正することができる。

第５レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることが望ましい。第５レンズ群は像面に近いため軸上光線高さが低く、第５レンズ群の１枚の正レンズを樹脂材料で構成したとしても、樹脂材料を用いた場合に問題となる温度変化による結像位置の変動や、面精度誤差による性能劣化が生じにくい。したがって、コストや重量の点で第５レンズ群の１枚の正レンズは樹脂材料で構成することが望ましい。

第５レンズ群は、ズーミング中に固定であることが望ましい。第５レンズ群をズーミング中固定とすることにより、機構の簡略化を効果的に達成することができる。

第４レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることが望ましい。非球面の負レンズをガラス材料で成型することは、樹脂材料で成型することに比較して技術難易度が高い。したがって、第４レンズ群を樹脂材料で構成することがコストの点で望ましい。また、第４レンズ群は光学絞りと像面との中間付近に位置し、比較的光線高さが低いため、樹脂材料を用いた場合に問題となる温度変化による結像位置の変動や、面形状誤差による性能劣化は比較的許容し易い。

上記のように第４レンズ群では光線高さが比較的低いため、球面収差やコマ収差の発生量が比較的小さい。したがって、第４レンズ群を１枚の負レンズで構成することが、低コスト化や光学系の小型化を達成する上で望ましく、第４レンズ群を物体側に凸の負メニスカスレンズ１枚で構成することが更に望ましい。そして、第４レンズ群を構成する負レンズの材質を上記のように樹脂とすることにより、軽量小型化・低コスト化の効果が更に向上する。

第１レンズ群，第４レンズ群，第５レンズ群のパワーに関しては、以下の条件式(2)及び(3)を満足することが望ましい。
1.6＜f1／√(fw・ft)＜5.0 …(2)
-2.0＜f4／f5＜-0.5 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
f4：第４レンズ群の焦点距離、
f5：第５レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。

条件式(2)は、第１レンズ群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(2)の下限を下回ると、第１レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、光学系の小型化の点では望ましいが、第１レンズ群で発生する望遠端での球面収差や非点収差の補正が困難となる。逆に、条件式(2)の上限を上回ると、光学系が大型化しすぎて望ましくない。

以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
2.1＜f1／√(fw・ft)＜3.0 …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。

条件式(3)は、第４レンズ群と第５レンズ群とのパワー比に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)で規定している範囲から外れると、撮像素子に入射する軸外光線の、ズーミングに伴う角度変動が大きくなる。一般的な固体撮像素子では、所定の入射角度範囲を逸脱すると色ムラ等の画質劣化が生じる。

以下の条件式(3a)を満足することが更に望ましい。
-1.0＜f4／f5＜-0.7 …(3a)
この条件式(3a)は、上記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。

第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより近距離物体へのフォーカシングを行うことが望ましい。第４レンズ群は１枚の負レンズで構成されているので軽量であり、フォーカス群として用いた場合、駆動するアクチュエーターの小型化や消費電力の点でメリットがある。

第３レンズ群は３枚接合レンズを含むことが望ましい。第３レンズ群は全系の収束作用の主要な部分を担当する群であり、光学系を大型化させないためには、ある程度のパワーを有することが必要である。また、光学絞りにも近いため軸上光線高さも高い。したがって、第３レンズ群では球面収差やコマ収差の補正が大きな課題となる。一般的には非球面レンズを用いて球面収差やコマ収差を効率的に補正することが行われる。３枚接合レンズを用いて比較的曲率の強い接合面を２面配置し、前述の球面収差やコマ収差を打ち消す収差を発生させることにより、非球面と同等の収差補正効果を実現することができる。製品の設計時には部品の市況等を勘案して、非球面を使用するか否かを選択することが可能となる。

上記３枚接合レンズは、物体側より像側へ向かって、物体側に凸面を向けた正レンズと、負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとで構成し、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
ndn−ndp＞0.15 …(5)
ただし、
ndn：３枚接合レンズを構成する負レンズの屈折率、
ndp：３枚接合レンズを構成する２枚の正レンズの平均屈折率、
である。

３枚接合レンズを上記のような構成にすれば、２面ある空気境界面が正のパワーを持つため、第３レンズ群の正のパワーに寄与することができる。第３レンズ群の正のパワーを十分確保できなければ、光学系が大型化してしまうため望ましくない。条件式(5)の下限を下回ると、接合面で発生する収差量が不十分となり、期待した量の収差補正作用を得ることが困難になる。

前述の材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが望ましい。一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、それを光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにすることは可能である。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低い樹脂材料を得ることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ(Ｎｂ2Ｏ5)の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において少なくとも１枚のレンズに(例えば、第５レンズ群内の正レンズ、第４レンズ群内の負レンズが好ましい。)、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、撮像レンズ全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

本発明に係るズームレンズは、画像入力機能付きデジタル機器(例えば、デジタルカメラ，ビデオカメラ等)用の撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像装置を構成することができる。撮像装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。

カメラの例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，車載カメラ，テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，携帯情報機器(モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末)，これらの周辺機器(スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。

図９に、デジタル機器ＣＵ(デジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器に相当する。)の概略光学構成例を模式的断面で示す。図９に示すデジタル機器ＣＵに搭載されている撮像装置ＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(像面)ＩＭを変倍可能に形成するズームレンズＺＬと、平行平面板ＰＴ(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズＺＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、を備えている。この撮像装置ＬＵで画像入力機能付きデジタル機器ＣＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像装置ＬＵをデジタル機器ＣＵの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。

撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。ズームレンズＺＬは、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、ズームレンズＺＬによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。

デジタル機器ＣＵは、撮像装置ＬＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリ３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ３(半導体メモリ，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。制御部２はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能，画像再生機能，並びにズーミング及びフォーカシングのためのレンズ移動機構等を集中的に制御する。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像装置ＬＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリ３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン(例えばレリーズボタン)，操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。

ズームレンズＺＬは、前述したように正・負・正・負・正の５群ズーム構成になっており、複数のレンズ群が光軸ＡＸに沿って移動し、レンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。ズームレンズＺＬで形成されるべき光学像は、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図９中の平行平面板ＰＴに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。

次に、第１〜第４の実施の形態を挙げて、ズームレンズＺＬの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図１〜図４に、ズームレンズＺＬの第１〜第４の実施の形態を、広角端(Ｗ)，中間(Ｍ)，望遠端(Ｔ)でのレンズ配置でそれぞれ示す。第１〜第４の実施の形態のズームレンズＺＬは、撮像素子ＳＲに対して物体の光学像ＩＭを変倍可能に形成する正・負・正・負・正の５群ズームレンズであり、そのズーミングは、各レンズ群間隔(例えば、第１，第２の実施の形態の場合、面間隔ｄ５，ｄ１１，ｄ１７，ｄ１９、第３，第４の実施の形態の場合、面間隔ｄ５，ｄ１１，ｄ１８，ｄ２０)を変化させることにより行われる。図１０(Ａ)〜(Ｄ)に、第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応するズーム移動の軌跡を矢印で模式的に示す。各ズーム移動の軌跡は、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第１レンズ群Ｇｒ１〜第５レンズ群Ｇｒ５の移動(つまり像面ＩＭに対する相対的な位置の変化)をそれぞれ示している。なお、破線矢印の移動軌跡は、第５レンズ群Ｇｒ５がズーミングにおいて位置固定であること(つまり固定群であること)を示している。

いずれの実施の形態においても、図１〜図４に示すように、近距離物体へのフォーカシングに際し、第４レンズ群Ｇｒ４は像側へ移動する構成になっている。つまり、第４レンズ群Ｇｒ４がフォーカス成分になっている。また、第３レンズ群Ｇｒ３において、最も物体側、又は正レンズと接合レンズとの間には絞り(つまり開口絞り)ＳＴが配置されており、その絞りＳＴは第３レンズ群Ｇｒ３と一体にズーム移動する構成(図１〜図４)になっている。各実施の形態のレンズ構成を以下に詳しく説明する。

第１の実施の形態(図１)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ１枚で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ１枚で構成されている。

第２の実施の形態(図２)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ１枚で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ１枚で構成されている。

第３の実施の形態(図３)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、両凸の正レンズと、絞りＳＴと、両凸の正レンズ，両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ１枚で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ１枚で構成されている。

第４の実施の形態(図４)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、両凸の正レンズと、絞りＳＴと、両凸の正レンズ，両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ１枚で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ１枚で構成されている。

図１０に示すように、第１〜第４の実施の形態(図１〜図４)において、移動群である第１レンズ群Ｇｒ１〜第４レンズ群Ｇｒ４の移動軌跡はいずれも曲線である。第１，第３の実施の形態では、第１レンズ群Ｇｒ１は、広角端(Ｗ)と中間(Ｍ)との間で、広角端(Ｗ)のときよりも像側に位置する焦点距離が存在する。つまり、広角端(Ｗ)と中間(Ｍ)との間で像側に凸の軌跡を描くように、像側への移動後に像側から物体側へＵターン移動する。第２，第４の実施の形態では、第１レンズ群Ｇｒ１は、広角端(Ｗ)で最も像側に位置し、望遠端(Ｔ)で最も物体側に位置する。つまり、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、極値を持たない移動軌跡を描くように物体側へ単調に移動する。第２レンズ群Ｇｒ２は、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、極値を持たない移動軌跡を描くように像側へ単調に移動する。第３レンズ群Ｇｒ３と第４レンズ群Ｇｒ４は、中間(Ｍ)と望遠端(Ｔ)との間で、中間(Ｍ)のときよりも物体側に位置する焦点距離が存在する。つまり、中間(Ｍ)と望遠端(Ｔ)との間で物体側に凸の軌跡を描くように、物体側への移動後に物体側から像側へＵターン移動する。

以下、本発明を実施したズームレンズの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第４の実施の形態を表す光学構成図(図１〜図４)や移動軌跡図(図１０)は、対応する実施例１〜４のレンズ構成，光路，ズーム移動等をそれぞれ示している。

各実施例のコンストラクションデータでは、左側の欄から順に、面番号，曲率半径r(mm)，軸上での面間隔d(mm)，ｄ線に関する屈折率nd，ｄ線に関するアッベ数vdを示す。面番号に*が付された面は非球面であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。各実施例の非球面データにおいて、表記の無い項の係数は０である。なお、すべてのデータに関してE-n=×10^-nである。
X(H)＝(C0・H²)／[1＋√{1-(1+K)・C0²・H²}]＋Σ(Aj・H^j) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H)：高さHの位置での光軸ＡＸ方向の変位量(面頂点基準)、
H：光軸ＡＸに対して垂直な方向の高さ、
C0：近軸曲率(=1／r)、
K：円錐係数、
Aj：ｊ次の非球面係数、
である。

各種データとして、ズーム比，焦点距離(mm)，Ｆナンバー，半画角(°)，像高(mm)，レンズ全長，バックフォーカス(ＢＦ，mm)，可変面間隔(mm)を示し、ズームレンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離(mm)を示す。また、表１に各実施例の条件式対応値を示す。

図５〜図８は、実施例１〜実施例４にそれぞれ対応する収差図であり、(Ｗ)は広角端，(Ｍ)は中間，(Ｔ)は望遠端における諸収差(左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。)を示している。図５〜図８中、FNOはＦナンバー、Y'(mm)は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高(光軸ＡＸからの距離に相当する。)である。球面収差図において、実線ｄ，一点鎖線ｇ，二点鎖線ｃはｄ線，ｇ線，ｃ線に対する球面収差(mm)をそれぞれ表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量(mm)を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差(mm)を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲(％)を表している。

実施例１
単位：mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 49.749 1.500 1.84666 23.78
2 26.496 4.760 1.48749 70.45
3 452.582 0.100
4 26.644 3.300 1.80420 46.49
5 83.835 可変
6 36.603 0.900 1.88300 40.80
7 8.600 4.300
8 -16.472 0.700 1.72916 54.66
9 12.459 1.300
10 15.204 2.000 1.92286 20.88
11 77.446 可変
12(絞り) ∞ 0.100
13* 17.629 1.600 1.80610 40.71
14 -60.832 2.300
15 20.004 2.000 1.84666 23.78
16 7.873 3.100 1.51680 64.20
17 -11.795 可変
18* 20.184 2.300 1.60700 27.10
19* 5.706 可変
20* 32.453 3.500 1.53048 55.72
21* -11.189 3.437
22 ∞ 1.100 1.51680 64.20
23 ∞ 0.000

非球面データ
第13面
K=0.0000,A4=-1.2187E-04,A6=-2.8444E-06,A8= 3.0018E-07,A10=-1.2141E-08
第18面
K=0.0000,A4=-4.9561E-04,A6= 4.5690E-05,A8=-3.7376E-06,A10= 1.3540E-07
第19面
K=0.0000,A4=-5.1491E-04,A6= 1.1034E-04,A8=-1.1945E-05,A10= 4.4900E-07
第20面
K=0.0000,A4= 7.4489E-04,A6= 4.3708E-05,A8=-1.5470E-06,A10= 3.0185E-08
第21面
K=0.0000,A4= 6.3073E-04,A6= 4.5911E-05,A8=-1.5436E-06,A10= 4.7787E-08

各種データ
ズーム比 11.64
(Ｗ)広角 (Ｍ)中間 (Ｔ)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.729
Ｆナンバー 2.850 3.675 3.710
半画角 38.671 12.113 3.715
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 68.096 71.701 78.000
ＢＦ 1.2000 1.2000 1.2000
d5 0.5000 13.3250 25.5846
d11 22.9742 8.4067 2.0879
d17 1.8999 4.8632 3.8758
d19 3.2241 5.6089 6.9544

ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 43.062
2 6 -7.301
3 12 11.223
4 18 -13.943
5 20 16.133

実施例２
単位：mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 50.395 1.500 1.84666 23.78
2 26.560 4.900 1.48749 70.45
3 523.361 0.100
4 26.474 3.300 1.80420 46.49
5 84.037 可変
6 44.137 0.900 1.88300 40.80
7 8.745 4.300
8 -18.437 0.700 1.71300 53.93
9 12.110 1.400
10 15.082 2.000 1.92286 20.88
11 62.420 可変
12(絞り) ∞ 0.100
13* 16.978 1.700 1.80610 40.71
14 -42.885 2.300
15 24.047 2.000 1.84666 23.78
16 7.899 3.200 1.51823 58.96
17 -11.468 可変
18* 45.212 2.600 1.60700 27.10
19* 6.247 可変
20* 29.985 3.600 1.53048 55.72
21* -10.329 3.121
22 ∞ 1.100 1.51680 64.20
23 ∞ 0.000

非球面データ
第13面
K=0.0000,A4=-1.2969E-04,A6=-3.0803E-06,A8= 2.9570E-07,A10=-1.0851E-08
第18面
K=0.0000,A4=-3.5251E-04,A6= 3.6953E-05,A8=-2.7487E-06,A10= 1.0236E-07
第19面
K=0.0000,A4=-1.8125E-04,A6= 9.0172E-05,A8=-8.9051E-06,A10= 3.3805E-07
第20面
K=0.0000,A4= 6.9924E-04,A6= 3.5395E-05,A8=-1.2193E-06,A10= 2.5073E-08
第21面
K=0.0000,A4= 6.1531E-04,A6= 4.6297E-05,A8=-1.8354E-06,A10= 5.1670E-08

各種データ
ズーム比 11.64
(Ｗ)広角 (Ｍ)中間 (Ｔ)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.728
Fナンバー 2.850 3.660 3.723
半画角 38.672 12.128 3.687
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 69.299 72.735 78.000
ＢＦ 1.2001 1.2002 1.2002
d5 0.5000 13.5010 25.2626
d11 23.7817 9.0898 2.1140
d17 1.9247 4.5351 4.1011
d19 3.0716 5.5886 6.5018

ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 42.74
2 6 -7.312
3 12 11.091
4 18 -12.25
5 20 14.944

実施例３
単位：mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 50.772 1.500 1.84666 23.78
2 28.374 4.800 1.48749 70.45
3 496.259 0.100
4 27.555 3.400 1.77250 49.65
5 81.579 可変
6 62.848 0.900 1.88300 40.80
7 9.355 4.400
8 -28.218 0.700 1.71300 53.93
9 11.703 1.410
10 14.121 2.300 1.92286 20.88
11 48.011 可変
12 35.615 1.400 1.80420 46.49
13 -36.208 0.280
14(絞り) ∞ 0.870
15 10.535 2.600 1.59551 39.23
16 -8.462 2.800 1.80610 33.27
17 5.535 2.700 1.65844 50.84
18 -11.674 可変
19* 7.100 1.100 1.60700 27.10
20* 3.401 可変
21* 22.815 3.400 1.53048 55.72
22* -11.634 2.744
23 ∞ 1.100 1.51680 64.20
24 ∞ 0.000

非球面データ
第19面
K=0.0000,A4=-4.4350E-03,A6= 3.6218E-04,A8=-3.5765E-05,A10= 1.7826E-06
第20面
K=0.0000,A4=-7.2133E-03,A6= 3.8960E-04,A8=-5.4771E-05,A10= 1.1718E-06
第21面
K=0.0000,A4= 8.4309E-04,A6= 4.7699E-05,A8=-1.6842E-06,A10= 3.4713E-08
第22面
K=0.0000,A4= 7.9730E-04,A6= 3.7810E-05,A8=-8.2557E-07,A10= 3.7474E-08

各種データ
ズーム比 11.64
(Ｗ)広角 (Ｍ)中間 (Ｔ)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.729
Fナンバー 2.850 3.652 3.702
半画角 38.699 12.202 3.728
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 69.584 72.983 78.000
ＢＦ 1.2000 1.2000 1.2000
d5 0.5000 14.7610 27.2426
d11 24.1396 8.6351 0.7477
d18 2.0285 4.1110 3.4779
d20 3.2122 5.7721 6.8279

ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 45.778
2 6 -8.105
3 12 10.91
4 19 -12.112
5 21 15.039

実施例４
単位：mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 49.581 1.500 1.84666 23.78
2 24.866 4.800 1.48749 70.45
3 372.943 0.100
4 25.063 3.400 1.80420 46.49
5 86.853 可変
6 73.579 0.900 1.77250 49.65
7 8.015 4.000
8 -30.295 0.700 1.69680 55.48
9 10.019 1.400
10 12.047 1.900 1.92286 20.88
11 26.718 可変
12 31.858 1.400 1.80420 46.49
13 -25.745 0.250
14(絞り) ∞ 0.870
15 9.234 2.400 1.58913 61.24
16 -8.979 2.500 1.80610 40.73
17 5.524 3.700 1.56883 56.04
18 -10.018 可変
19* 14.947 0.800 1.60700 27.10
20* 4.428 可変
21* 23.664 3.600 1.53048 55.72
22* -10.717 2.464
23 ∞ 1.100 1.51680 64.20
24 ∞ 0.000

非球面データ
第19面
K=0.0000,A4=-3.1598E-03,A6= 2.1518E-04,A8=-9.6653E-06,A10= 4.5571E-07
第20面
K=0.0000,A4=-3.5151E-03,A6= 2.1234E-04,A8=-1.3183E-05,A10= 5.0721E-07
第21面
K=0.0000,A4= 1.1121E-03,A6= 2.1813E-05,A8=-7.5652E-07,A10= 1.8315E-08
第22面
K=0.0000,A4= 1.0148E-03,A6= 2.0422E-05,A8=-2.0878E-07,A10= 1.9530E-08

各種データ
ズーム比 11.64
(Ｗ)広角 (Ｍ)中間 (Ｔ)望遠
焦点距離 5.045 17.458 58.728
Fナンバー 3.319 4.418 5.000
半画角 38.679 12.349 3.743
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 66.966 71.425 75.180
ＢＦ 1.2001 1.1999 1.2003
d5 0.5000 12.9192 22.5453
d11 22.5268 9.2620 0.8366
d18 2.0000 4.0756 5.8458
d20 2.9553 6.1853 6.9681

ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 40.936
2 6 -6.921
3 12 10.473
4 19 -10.673
5 21 14.429

第１の実施の形態(実施例１)の光学構成図。第２の実施の形態(実施例２)の光学構成図。第３の実施の形態(実施例３)の光学構成図。第４の実施の形態(実施例４)の光学構成図。実施例１の収差図。実施例２の収差図。実施例３の収差図。実施例４の収差図。撮像装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を模式的断面で示す図。第１〜第４の実施の形態(実施例１〜４)における各レンズ群のズーム移動軌跡を模式的に示す図。

符号の説明

ＣＵデジタル機器
ＬＵ撮像装置
ＺＬズームレンズ
Ｇｒ１第１レンズ群
Ｇｒ２第２レンズ群
Ｇｒ３第３レンズ群
Ｇｒ４第４レンズ群
Ｇｒ５第５レンズ群
ＳＴ絞り(光学絞り)
ＰＴ平行平面板
ＳＲ撮像素子
ＳＳ受光面
ＩＭ像面(光学像)
ＡＸ光軸
１信号処理部
２制御部
３メモリ
４操作部
５表示部

Claims

撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、負のパワーを有する第４レンズ群と、正のパワーを有する第５レンズ群と、から構成され、前記第２レンズ群と第４レンズ群との間に光学絞りが位置し、前記第４レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有し、かつ、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ１枚で構成され、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；
-1.15＜f4／√(fw・ft)＜-0.5 …(1)
ただし、
f4：第４レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。
前記第５レンズ群が１枚の正レンズで構成されていることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
前記第５レンズ群内の正レンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
前記第５レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることを特徴とする請求項２又は３記載のズームレンズ。
前記第５レンズ群がズーミング中に固定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第４レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
以下の条件式(2)及び(3)を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ；
1.6＜f1／√(fw・ft)＜5.0 …(2)
-2.0＜f4／f5＜-0.5 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
f5：第５レンズ群の焦点距離、
である。
前記第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより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１〜７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群が３枚接合レンズを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求項４又は６記載のズームレンズ。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする撮像装置。