JP2013190575A - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 レンズ全長の短縮化を図る。
【解決手段】 物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、以下の条件式（１）を満足する。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔、ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離とする。
【選択図】 図２

Description

本技術は可変焦点距離レンズ系及び撮像装置に関する。詳しくは、デジタルカメラやビデオカメラに好適であり、特に、広角端状態における画角が３５ｍｍ換算で２４〜３５ｍｍ程度を包括し、ズーム比が４〜７倍程度の可変焦点距離レンズ系及びこれを備えた撮像装置の技術分野に関する。
従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を電気的出力に変換して記録する方法が知られている。
近年の微細加工技術の進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データーが高速処理できるようになってきた。また、受光素子においても高集積化や小型化が図られ、高集積化により、より高い空間周波数の記録が可能となり、小型化により、カメラ全体の小型化が図られた。
但し、上記した高集積化や小型化により、個々の光電変換素子の受光面積が狭まり、電気出力の低下に伴ってノイズの影響が大きくなると言う問題があった。これを防止するために、光学系の大口径比化により受光素子上に到達する光量を増大させた。
また、各素子の直前にマイクロレンズアレイと称される微小なレンズ素子を配置した。このマイクロレンズアレイは、隣り合う素子同士の間に至る光束を素子上へ導く代わりに、レンズ系の射出瞳位置に制約を与えていた。レンズ系の射出瞳位置が受光素子に近付く、即ち、受光素子に到達する主光線が光軸となす角度が大きくなると、画面周辺部へ向かう軸外光束が光軸に対して大きな角度になって受光素子上に到達せず、光量不足を招いてしまうからである。
一般に、焦点距離が最も短くなる広角端状態における画角が３５ｍｍ換算で２４ｍｍから３５ｍｍ程度の範囲を包括し、焦点距離が最も長くなる望遠端状態における３５ｍｍ換算の画角が５０ｍｍを超える可変焦点距離レンズ系が標準可変焦点距離レンズ系と呼ばれる。
この標準可変焦点距離レンズ系としては、以前から、正負正正の４群構成の可変焦点距離レンズ系（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）と正負正負正の５群構成の可変焦点距離レンズ系（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）が多く用いられてきた。
正負正正の４群構成の可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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レンズ群とが配置された構成である。
正負正負正の５群構成の可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置された構成である。
また、正負負正正の５群構成の可変焦点距離レンズ系も知られている。
正負負正正の５群構成の可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置された構成である。
特開２００２−３２３６５６号公報 特開２００３−２４１０９２号公報 特開２００７−１１４４３２号公報 特開２００９−１５６８９１号公報 特開２０１０−２３７４５３号公報
ところが、正負正正の４群構成の可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群が変倍作用のほとんどを担っていた。
従って、小型化や高変倍化を図るために、第２レンズ群の屈折力を強めると、第２レンズ群において発生する諸収差を良好に補正することができず、レンズの位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を補正することが困難であった。
特許文献１乃至特許文献３に記載された可変焦点距離レンズ系にあっては、第３レンズ群が正部分群と負部分群によって構成されている。従って、第３レンズ群と第４レンズ群を合わせた屈折力配置は物体側から像側へ順に正部分群、負部分群、正部分群となっており、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてレンズの径が大きくなりレンズ全長が長くなっていた。
正負正負正の５群構成の可変焦点距離レンズ系においても第３レンズ群から第５レンズ群の屈折力配置が正負正の順にされ特許文献１乃至特許文献３に記載された可変焦点距離レンズ系の第３レンズ群と第４レンズ群を合わせた屈折力配置と同じである。従って、第１レンズ群におけるレンズの径の小型化が困難でありレンズ全長が長くなっていた。
そこで、本技術可変焦点距離レンズ系及び撮像装置は、上記した問題点を克服し、レンズ全長の短縮化を図ることを課題とする。
第１に、可変焦点距離レンズ系は、上記した課題を解決するために、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、以下の条件式（１）を満足するものである。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
従って、可変焦点距離レンズ系にあっては、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔が適正化される。
第２に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）１．２＜ｆ５Ａ／ｆｗ＜１．６
但し、
ｆ５Ａ：第１のサブレンズ群の焦点距離
とする。
可変焦点距離レンズ系が条件式（２）を満足することにより、第２のサブレンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付くと共に第１のサブレンズ群において発生する負の球面収差が良好に補正される。
第３に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−０．２＜β５ｗ＜０．１
但し、
β５ｗ：第５レンズ群の横倍率
とする。
可変焦点距離レンズ系が条件式（３）を満足することにより、第４レンズ群を射出する軸上光束の発散が抑制されると共にレンズの位置状態が変化した際に生じる軸外収差の変動が良好に補正される。
第４に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、前記第２のサブレンズ群が物体側から像側へ順に配置された負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成され、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）ＤｓＢ／ｆｗ＜０．１５
但し、
ＤｓＢ：第２のサブレンズ群における負レンズと正レンズの光軸上における空気間隔
とする。
第２のサブレンズ群が物体側から像側へ順に配置された負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成され、条件式（４）を満足することにより、広角端状態において正レンズを通過する軸外光束が光軸に近付く。
第５に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間に開口絞りが配置されることが望ましい。
第３レンズ群と第４レンズ群の間に開口絞りが配置されることにより、各レンズ群のレンズの径が適切に設定される。
第６に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、近距離合焦に際して前記第３レンズ群が移動し、前記第３レンズ群が１枚のレンズによって構成され、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）−０．７０＜ｆｗ／ｆ１２ｗ＜−０．３５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
とする。
近距離合焦に際して第３レンズ群が移動し、第３レンズ群が１枚のレンズによって構成され、条件式（５）を満足することにより、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸に近付く共に第３レンズ群の正の屈折力の適正化及び近距離合焦に際する第３レンズ群の移動量が短縮化される。
第７に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、前記第２レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズが接合された接合レンズとが物体側から像側へ順に配置されて構成され、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）−０．３０＜ｆｗ／Ｒｔ＜−０．０５
但し、
Ｒｔ：第２レンズ群における接合レンズの最も物体側の面の曲率半径
とする。
第２レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズが接合された接合レンズとが物体側から像側へ順に配置されて構成され、条件式（６）を満足することにより、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付く。
撮像装置は、上記した課題を解決するために、可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、以下の条件式（１）を満足するものである。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
従って、撮像装置にあっては、可変焦点距離レンズ系において、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔が適正化される。
本技術可変焦点距離レンズ系及び撮像装置は、レンズ全長の短縮化を図ることができる。
以下に、本技術可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
［可変焦点距離レンズ系の構成］
本技術可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置されている。
また、本技術可変焦点距離レンズ系は、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔が変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔が減少し、第４レンズ群と第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動する。
先ず、本技術を構成する各レンズ群の機能について説明する。
本技術における可変焦点距離レンズ系は、広角端状態において第１レンズ群と第２レンズ群を近接して配置することにより、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸に近付く。その結果、レンズの径を小型化することができる。同時に、広角端状態から望遠端状態へ向かってレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔を広げることにより、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れる。本技術においては、この高さの変化を利用して、レンズの位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正している。
第２レンズ群と第３レンズ群は負の屈折力を有するため、広角端状態においてはこれらの二つのレンズ群を近付けて配置することにより、第１レンズ群に入射する軸外光束を光軸に近付けている。広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際は、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔を変化させることにより、二つのレンズ群の合成屈折力を変化させて、第１レンズ群から第３レンズ群の合成屈折力を効果的に変化させることができる。
第４レンズ群は第３レンズ群により発散された光束が入射するため、軸上収差が発生し易く、主に軸上収差の補正を担っている。
さらに、本技術可変焦点距離レンズ系は、第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成されている。
第５レンズ群は光束を結像させる役割を担っているが、本技術においては、レンズ全長を短縮化するために、物体側に配置された正の屈折力を有する第１のサブレンズ群と像側に配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって第５レンズ群を構成している。
上記のような構成において、本技術にあっては、以下の条件に着目することにより、高いズーム比でありながらもレンズ全長の短縮化を実現している。
この条件は、「第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を適切に設定する。」ことである。
本技術においては、広角端状態において、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔が広がった状態である。従って、物体側には正レンズ群（第１レンズ群）と二つの負レンズ群（第２レンズ群と第３レンズ群）が配置されるが、像側には二つの正レンズ群（第４レンズ群と第５レンズ群）が配置されるため負レンズ群が存在しない。このため、広角端状態における負の歪曲収差を良好に補正することが難しい。
そこで、第５レンズ群を正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に配置され負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成することにより、広角端状態において発生し易い負の歪曲収差を良好に補正している。
また、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を広げて配置することにより、第２のサブレンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて通過する。その結果、広角端状態における画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができる。
以上のことから、上記した「第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を適切に設定する。」と言う条件が重要である。
次に、各条件式等について説明する。
本技術可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（１）を満足する。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
条件式（１）は、第５レンズ群における第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を規定する式であり、上記の条件を数値限定するものである。
条件式（１）の上限値を上回った場合には、所定のバックフォーカスを確保しながらレンズ全長を短縮することが難しくなってしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合には、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の相互偏心による性能低下が大きくなり過ぎるため、安定した量産性能が得られない。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（１）を満足することにより、所定のバックフォーカスを確保しながらレンズ全長を短縮することができると共に第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の相互偏心の低減による安定した量産性能を確保することができる。
本技術により、広角端状態における画角が７０〜８０°程度、ズーム比が５倍程度、広角端状態におけるＦナンバーがＦ２．８〜４．０程度のレンズに最適な可変焦点距離レンズ系を構成することができた。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、さらなる高性能化と小型化を実現するために、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）１．２＜ｆ５Ａ／ｆｗ＜１．６
但し、
ｆ５Ａ：第１のサブレンズ群の焦点距離
とする。
第１のサブレンズ群は正の屈折力を有し、主に球面収差の補正を担っている。
第１のサブレンズ群の屈折力を強めると、レンズ全長を短縮することが可能であるが、第１のサブレンズ群において発生する球面収差を良好に補正することが難しくなってしまう。また、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の相互偏心による性能低下が大きくなってしまう。
このため、第１のサブレンズ群の屈折力を弱めることが重要であるが、弱め過ぎるとレンズ全長が長くなってしてしまうため、適切な焦点距離を設定することが重要である。
条件式（２）は、この第１のサブレンズ群の焦点距離を既定する式である。
条件式（２）の上限値を上回った場合には、第２のサブレンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまうので、最も像側に配置されたレンズである後玉レンズの径が大きくなってしまう。後玉レンズの径が大型化すると、可動レンズ群を駆動するための鏡筒の径が大型化してしまうので、小型化に反してしまう。
条件式（２）の下限値を下回った場合には、第１のサブレンズ群において発生する負の球面収差を良好に補正することが難しく、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（２）を満足することにより、第２のサブレンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付くため小型化を図ることができると共に第１のサブレンズ群において発生する負の球面収差を良好に補正することが可能になり光学性能の向上を図ることができる。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、さらなる小型化を実現するために、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−０．２＜β５ｗ＜０．１
但し、
β５ｗ：第５レンズ群の横倍率
とする。
第４レンズ群と第５レンズ群は何れも正の屈折力を有するため、レンズの位置状態が変化する際に、両者の空気間隔を変化させてレンズの位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正している。
この補正効果を高めるために、本技術においては、第４レンズ群を射出する軸上光束が平行光に近い状態になるように屈折力配置を設定している。
具体的には、第４レンズ群と第５レンズ群の空気間隔が変化しても軸上光束の高さが変化しないため、軸上収差の変化が少ない。これに対して、軸外光束は通過する高さが変化するため、軸外収差が変化する。従って、レンズの位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑制することが可能になる。
第１レンズ群乃至第４レンズ群の合成焦点距離をｆ１４とし、レンズ系全体の焦点距離をｆとし、第５レンズ群の横倍率をβ５とすると、
ｆ＝ｆ１４・β５
で表すことができる。レンズ系全体の焦点距離ｆは光学系の設計上の仕様として定められて一定値とされているので、ｆ１４はβ５の逆数に比例する。
条件式（３）は、この第５レンズ群の横倍率を規定する式である。
条件式（３）の下限値を下回った場合には、第４レンズ群を射出する軸上光束が発散してしまうので、レンズ全長が長くなり、レンズ全長の短縮化を図ることができなくなる。
逆に、条件式（３）の上限値を上回った場合には、レンズの位置状態が変化した際に生じる軸外収差の変動を良好に補正することが難しく、所定の光学性能を満足することが難しくなる。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（３）を満足することにより、第４レンズ群を射出する軸上光束の発散が抑制されてレンズ全長の短縮化を図ることができると共にレンズの位置状態が変化した際に生じる軸外収差の変動が良好に補正されて光学性能の向上を図ることができる。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、一層の高性能化を実現するために、第２のサブレンズ群が物体側から像側へ順に配置された負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成され、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）ＤｓＢ／ｆｗ＜０．１５
但し、
ＤｓＢ：第２のサブレンズ群における負レンズと正レンズの光軸上における空気間隔
とする。
第２のサブレンズ群は、上記したように、軸外光束が光軸から離れて通過する。
本技術においては、第２のサブレンズ群を負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成し、両者の空気間隔を利用して画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正している。
条件式（４）の上限値を上回った場合には、広角端状態において、この正レンズを通過する軸外光束が光軸から離れ、画面周辺部においてコマ収差が多大に発生してしまうため性能の低下を来たしてしまう。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（４）を満足することにより、広角端状態において正レンズを通過する軸外光束が光軸に近付き、コマ収差の発生を抑制して光学性能の向上を図ることができる。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、各レンズ群のレンズの径を適切に設定するために、第３レンズ群と第４レンズ群の間に開口絞りが配置されることが望ましい。
特に、開口絞りを第４レンズ群の物体側における近傍に配置した場合には、第４レンズ群を構成するレンズを保持する構造を簡単に構成することができる。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、近距離合焦に際して第３レンズ群が移動し、第３レンズ群が１枚のレンズによって構成され、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）−０．７０＜ｆｗ／ｆ１２ｗ＜−０．３５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
とする。
本技術においては、従来は一つのレンズ群によって構成されていた第２レンズ群を第２レンズ群と第３レンズ群の二つのレンズ群に分割している。
この二つのレンズ群への分割を利用し、近距離合焦に際して第３レンズ群を移動させることにより、被写体による像面位置の変動を補償することが可能である。
特に、第１レンズ群のレンズの径を小型化し、第３レンズ群を１枚のレンズによって構成するために、条件式（５）を満足することが望ましい。
条件式（５）は広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離を規定する条件式である。
条件式（５）の上限値を上回った場合には、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズの径が大型化してしまう。また、所定のバックフォーカスを確保するために、第３レンズ群の正の屈折力が強まるため、第３レンズ群において発生する正の球面収差をズーム位置によらず良好に補正することが難しくなってしまう。
逆に、条件式（５）の下限値を下回った場合には、近距離合焦に際する第３レンズ群の移動量が非常に大きくなってしまうため、広角端状態において第１レンズ群と開口絞りの空気間隔が広がってしまう。従って、第１レンズ群のレンズの径が大きくなり、画面周辺部においてコマ収差が多大に発生してしまう。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（５）を満足することにより、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸に近付きレンズの径の小型化を図ることができると共に第３レンズ群の正の屈折力の適正化及び近距離合焦に際する第３レンズ群の移動量の短縮化による光学性能の向上を図ることができる。
本技術の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、第２レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズとが物体側から像側へ順に配置されて構成され、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）−０．３０＜ｆｗ／Ｒｔ＜−０．０５
但し、
Ｒｔ：第２レンズ群における接合レンズの最も物体側の面の曲率半径
とする。
本技術においては、物体側に配置される負レンズが主に像面湾曲の補正を行い、像側に配置される接合レンズが主に球面収差の補正を行っており、収差補正上の機能が分離されている。従って、第２レンズ群を、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズが接合された接合レンズとによって構成することにより、少ないレンズ枚数によって高性能化を図ることができる。
また、広角端状態における像面湾曲をより良好に補正して、高性能化を図るために条件式（６）を満足することが望ましい。
条件式（６）は第２レンズ群における接合レンズの形状を規定する式である。
条件式（６）の下限値を下回った場合には、広角端状態における像面湾曲を十分に補正することが難しくなってしまう。
逆に、条件式（６）の上限値を上回った場合には、第１レンズ群を通過する軸外光束がより光軸から離れ、画面周辺部において発生するコマ収差を十分に補正することができず高性能化を図ることができなくなる。
従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（６）を満足することにより、広角端状態における像面湾曲を十分に補正することができると共に第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付いて画面周辺部において発生するコマ収差を十分に補正することができ高性能化を図ることができる。
また、第２レンズ群の最も物体側に配置される負レンズを非球面レンズにすることにより、広角端状態における画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することが可能である。
尚、レンズの位置状態が変化する際に、第４レンズ群と開口絞りを一体に移動させることにより鏡筒構造の簡略化を図ることが可能である。逆に、開口絞りと第４レンズ群を各別に移動させることにより、一層の高性能化や高倍率化を図ることができる。
本技術においては、一層高い光学性能と小型化の両立を図るために、各レンズ群を以下のように構成することが望ましい。
第１レンズ群が物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、その像側に配置される１枚の正レンズによって構成されることが望ましい。
第１レンズ群は、特に、望遠端状態において軸上光束が広い光束径で入射するため、負の球面収差が発生し易い。また、軸外光束が光軸から離れて入射するため、軸外収差が発生し易い。
本技術においては、第１レンズ群の最も物体側に負レンズと正レンズの接合レンズを配置することにより、負の球面収差と軸上色収差を良好に補正している。接合レンズの像側に配置された１枚の正レンズは、主に画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正しており、各レンズの機能を明確にすることにより、より高い光学性能を実現することができる。
尚、さらなる高性能化を図るためには、第１レンズ群における接合レンズを負レンズと正レンズの分離された２枚のレンズによって構成することが望ましい。
第３レンズ群は開口絞りの近傍に配置され、主に、球面収差の補正を行う。
また、被写体距離の変化による像面位置の変動を補償するように第３レンズ群が移動することが望ましい。特に、オートフォーカス動作の高速化を図るために、第３レンズ群を１枚の負レンズによって非球面レンズとして構成することが望ましい。
第４レンズ群は、両凸形状の正レンズと、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズの接合レンズとによって構成されることが望ましい。
本技術においては、レンズ全長を短縮化するために、最も像側に負レンズを配置している。同時に、負の球面収差を補正するために、物体側に配置される正レンズを非球面レンズに形成することが望ましい。
尚、本技術においては、開口絞りを第４レンズ群中に配置することも可能である。具体的には、両凸形状の正レンズと、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズの接合レンズとの間に開口絞りを配置することも可能である。
また、本技術においては、色収差の発生をより良好に抑えるために、第１レンズ群のレンズの少なくとも１枚を異常分散性の高い硝材によって形成することが望ましい。特に、第１レンズ群を構成するレンズのうち、接合レンズにおける正レンズを異常分散性の高い硝材によって形成することにより、望遠端状態で画面中心部において発生する２次分散を良好に補正することができる。
さらに、広角端状態における色収差を良好に補正するためには、第５レンズ群のレンズの少なくとも１枚を異常分散性の高い硝材によって形成することが望ましい。
本技術においては、レンズ系を構成するレンズ群のうち、一つのレンズ群、又は、一つのレンズ群のうちの一部のレンズを光軸に略垂直な方向にシフトさせることにより、像位置をシフトさせることが可能である。
特に、本技術においては、第５レンズ群における物体側に配置される正レンズを光軸に略垂直な方向にシフトさせた際の収差変動が少ない。
この像シフト可能な可変焦点距離レンズ系を検出系、演算系及び駆動系と組み合わせて、シャッターレリーズの際に発生する手ブレ等による像のブレを補正する防振レンズ系として機能させることが可能である。
検出系はカメラのブレ角を検出して手ブレ情報を出力する。演算系は手ブレ情報に基づいて手ブレを補正するのに必要なレンズ位置情報を出力する。像シフト可能なレンズ系はレンズ系を構成する一つのレンズ群、又は、一つのレンズ群の一部をシフトレンズ群として光軸に略垂直な方向にシフトさせることが可能であり、シフトレンズ群をシフトさせた際に生じる性能変化が少なくなるように補正されたレンズ系である。駆動系はレンズ位置情報に基づいてシフトレンズ群に駆動力を与える。
また、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルターを配置したり、受光素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルターを配置することも可能である。
［可変焦点距離レンズ系の実施の形態］
以下に、本技術可変焦点距離レンズ系の具体的な実施の形態及び実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について、図面及び表を参照して説明する。
尚、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。
「面間隔」は第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間の軸上面間隔（レンズの中心の厚み又は空気間隔）、「屈折率」及び「アッベ数」はそれぞれ第ｉ番目の面から始まるレンズ等のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率及びアッベ数を示す。
「面間隔」に関し「ＡＳＰ」は当該面が非球面であることを示し、「曲率半径」に関し「０．００００」は当該面が平面であることを示し、「面間隔」に関し「Ｄｉ」は可変間隔であり「Ｂｆ」はバックフォーカスであることを示す。
「κ」は円錐定数（コーニック定数）、「Ａ４」、「Ａ６」、「Ａ８」、「Ａ１０」はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数を示す。
「ｆ」は焦点距離、「２ω」は画角、「Ｆｎｏ」はＦナンバーを示す。
尚、以下の非球面係数を示す各表において、「Ｅ−ｎ」は１０を底とする指数表現、即ち、「１０のマイナスｎ乗」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×（１０のマイナス五乗）」を表している。
各実施の形態において用いられた可変焦点距離レンズ系には、レンズ面が非球面に形成されたものがある。非球面形状は、「ｘ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離（サグ量）、「ｙ」を光軸方向に垂直な方向における高さ（像高）、「ｃ」をレンズの頂点における近軸曲率（曲率半径の逆数）、「κ」を円錐定数（コーニック定数）、「Ａｉ」を各次の非球面係数とすると、以下の数式１によって定義される。
Figure 2013190575
以下に示す各可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に配置された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と負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と正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とから成る。
また、以下に示す各可変焦点距離レンズ系は、図１に示すように、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の空気間隔が変化し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の空気間隔が減少し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動する。
さらに、以下に示す各可変焦点距離レンズ系は、第５レンズ群Ｇ５が正の屈折力を有する第１のサブレンズ群ＧＡとその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群ＧＢとによって構成されている。
＜第１の実施の形態＞
図２は、本技術の第１の実施の形態における可変焦点距離レンズ系１のレンズ構成を示している。
可変焦点距離レンズ系１は変倍比が４．７１倍にされている。
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と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズＬ２２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３によって構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ４１と、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズＬ４２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５２と、両凸形状の正レンズＬ５３とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、正の屈折力を有する第１のサブレンズ群ＧＡと負の屈折力を有する第２のサブレンズ群ＧＢとが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。第１のサブレンズ群ＧＡは正レンズＬ５１によって構成され、第２のサブレンズ群ＧＢは負レンズＬ５２と正レンズＬ５３によって構成されている。
第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３と第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４１との間には、正レンズＬ４１の近傍に開口絞りＳが配置されている。開口絞りＳはレンズの位置状態が変化する際に第４レンズ群Ｇ４と一体に移動される。
第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧの間には図示しないローパスフィルターが配置されている。
表１に、第１の実施の形態における可変焦点距離レンズ系１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデーターを示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系１において、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１の物体側の面（第６面）、第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３の両面（第１１面、第１２面）、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５１の両面（第１９面、第２０面）及び第５レンズ群Ｇ５の負レンズＬ５２の像側の面（第２２面）は非球面に形成されている。
数値実施例１における非球面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数κとともに表２に示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系１において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の面間隔Ｄ１２、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間の面間隔Ｄ１８及びバックフォーカスＢｆが変化する。
数値実施例１における各面間隔の広角端状態、第１中間焦点位置状態、第２中間焦点位置状態及び望遠端状態における可変間隔を、焦点距離ｆ、画角２ω及びＦナンバーＦｎｏとともに表３に示す。
Figure 2013190575
図３乃至図６に数値実施例１の諸収差図を示す。図３は広角端状態における無限遠合焦時、図４は第１中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図５は第２中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図６は望遠端状態における無限遠合焦時の諸収差図である。
図３乃至図６には、球面収差図において、縦軸が開放Ｆ値との割合を示し、横軸がデフォーカスを示し、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）における値を示すものである。非点収差図において、縦軸が画角を示し、横軸がデフォーカスを示し、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面における値を示すものである。歪曲収差図において、縦軸が画角を示し、横軸が％を示し、ｄ線における値を示すものである。
各収差図から、数値実施例１は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜第２の実施の形態＞
図７は、本技術の第２の実施の形態における可変焦点距離レンズ系１のレンズ構成を示している。
可変焦点距離レンズ系２は変倍比が５．００倍にされている。
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と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズＬ２２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３によって構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ４１と、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズＬ４２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５２と、両凸形状の正レンズＬ５３とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、正の屈折力を有する第１のサブレンズ群ＧＡと負の屈折力を有する第２のサブレンズ群ＧＢとが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。第１のサブレンズ群ＧＡは正レンズＬ５１によって構成され、第２のサブレンズ群ＧＢは負レンズＬ５２と正レンズＬ５３によって構成されている。
第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３と第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４１との間には、正レンズＬ４１の近傍に開口絞りＳが配置されている。開口絞りＳはレンズの位置状態が変化する際に第４レンズ群Ｇ４と一体に移動される。
第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧの間には図示しないローパスフィルターが配置されている。
表４に、第２の実施の形態における可変焦点距離レンズ系２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデーターを示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系２において、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１の物体側の面（第６面）、第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３の両面（第１１面、第１２面）、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５１の両面（第１９面、第２０面）及び第５レンズ群Ｇ５の負レンズＬ５２の像側の面（第２２面）は非球面に形成されている。
数値実施例２における非球面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数κとともに表５に示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系２において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の面間隔Ｄ１２、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間の面間隔Ｄ１８及びバックフォーカスＢｆが変化する。
数値実施例２における各面間隔の広角端状態、第１中間焦点位置状態、第２中間焦点位置状態及び望遠端状態における可変間隔を、焦点距離ｆ、画角２ω及びＦナンバーＦｎｏとともに表６に示す。
Figure 2013190575
図８乃至図１１に数値実施例２の諸収差図を示す。図８は広角端状態における無限遠合焦時、図９は第１中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図１０は第２中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図１１は望遠端状態における無限遠合焦時の諸収差図である。
図８乃至図１１には、球面収差図において、縦軸が開放Ｆ値との割合を示し、横軸がデフォーカスを示し、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）における値を示すものである。非点収差図において、縦軸が画角を示し、横軸がデフォーカスを示し、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面における値を示すものである。歪曲収差図において、縦軸が画角を示し、横軸が％を示し、ｄ線における値を示すものである。
各収差図から、数値実施例２は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜第３の実施の形態＞
図１２は、本技術の第３の実施の形態における可変焦点距離レンズ系１のレンズ構成を示している。
可変焦点距離レンズ系３は変倍比が４．７１倍にされている。
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と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズＬ２２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３によって構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ４１と、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズＬ４２とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５２と、両凸形状の正レンズＬ５３とが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。
第５レンズ群Ｇ５は、正の屈折力を有する第１のサブレンズ群ＧＡと負の屈折力を有する第２のサブレンズ群ＧＢとが物体側から像側へ順に配置されて構成されている。第１のサブレンズ群ＧＡは正レンズＬ５１によって構成され、第２のサブレンズ群ＧＢは負レンズＬ５２と正レンズＬ５３によって構成されている。
第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３と第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４１との間には、正レンズＬ４１の近傍に開口絞りＳが配置されている。開口絞りＳはレンズの位置状態が変化する際に第４レンズ群Ｇ４と一体に移動される。
第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧの間には図示しないローパスフィルターが配置されている。
表７に、第３の実施の形態における可変焦点距離レンズ系３に具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデーターを示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系３において、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１の物体側の面（第６面）、第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３の両面（第１１面、第１２面）、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５１の両面（第１９面、第２０面）及び第５レンズ群Ｇ５の負レンズＬ５２の像側の面（第２２面）は非球面に形成されている。
数値実施例３における非球面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数κとともに表８に示す。
Figure 2013190575
可変焦点距離レンズ系３において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の面間隔Ｄ１２、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間の面間隔Ｄ１８及びバックフォーカスＢｆが変化する。
数値実施例３における各面間隔の広角端状態、第１中間焦点位置状態、第２中間焦点位置状態及び望遠端状態における可変間隔を、焦点距離ｆ、画角２ω及びＦナンバーＦｎｏとともに表９に示す。
Figure 2013190575
図１３乃至図１６に数値実施例３の諸収差図を示す。図１３は広角端状態における無限遠合焦時、図１４は第１中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図１５は第２中間焦点位置状態における無限遠合焦時、図１６は望遠端状態における無限遠合焦時の諸収差図である。
図１３乃至図１６には、球面収差図において、縦軸が開放Ｆ値との割合を示し、横軸がデフォーカスを示し、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）における値を示すものである。非点収差図において、縦軸が画角を示し、横軸がデフォーカスを示し、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面における値を示すものである。歪曲収差図において、縦軸が画角を示し、横軸が％を示し、ｄ線における値を示すものである。
各収差図から、数値実施例３は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［可変焦点距離レンズ系の条件式の各値］
以下に、本技術可変焦点距離レンズ系の条件式の各値について説明する。
表１０に可変焦点距離レンズ系１乃至可変焦点距離レンズ系３（実施例１乃至実施例３）における条件式（１）乃至条件式（６）の各値を示す。
Figure 2013190575
表１０から明らかなように、可変焦点距離レンズ系１乃至可変焦点距離レンズ系３（実施例１乃至実施例３）は条件式（１）乃至条件式（６）を満足するようにされている。
［撮像装置の構成］
本技術撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置されている。
また、本技術撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔が変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔が減少し、第４レンズ群と第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動する。
先ず、本技術を構成する各レンズ群の機能について説明する。
本技術における撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、広角端状態において第１レンズ群と第２レンズ群を近接して配置することにより、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸に近付く。その結果、レンズの径を小型化することができる。同時に、広角端状態から望遠端状態へ向かってレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔を広げることにより、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れる。本技術においては、この高さの変化を利用して、レンズの位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正している。
第２レンズ群と第３レンズ群は負の屈折力を有するため、広角端状態においてはこれらの二つのレンズ群を近付けて配置することにより、第１レンズ群に入射する軸外光束を光軸に近付けている。広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際は、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔を変化させることにより、二つのレンズ群の合成屈折力を変化させて、第１レンズ群から第３レンズ群の合成屈折力を効果的に変化させることができる。
第４レンズ群は第３レンズ群により発散された光束が入射するため、軸上収差が発生し易く、主に軸上収差の補正を担っている。
さらに、本技術撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成されている。
第５レンズ群は光束を結像させる役割を担っているが、本技術においては、レンズ全長を短縮化するために、物体側に配置された正の屈折力を有する第１のサブレンズ群と像側に配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって第５レンズ群を構成している。
上記のような構成において、本技術にあっては、以下の条件に着目することにより、高いズーム比でありながらもレンズ全長の短縮化を実現している。
この条件は、「第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を適切に設定する。」ことである。
本技術においては、広角端状態において、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔が広がった状態である。従って、物体側には正レンズ群（第１レンズ群）と二つの負レンズ群（第２レンズ群と第３レンズ群）が配置されるが、像側には二つの正レンズ群（第４レンズ群と第５レンズ群）が配置されるため負レンズ群が存在しない。このため、広角端状態における負の歪曲収差を良好に補正することが難しい。
そこで、第５レンズ群を正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に配置され負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成することにより、広角端状態において発生し易い負の歪曲収差を良好に補正している。
また、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を広げて配置することにより、第２のサブレンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて通過する。その結果、広角端状態における画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができる。
以上のことから、上記した「第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を適切に設定する。」と言う条件が重要である。
本技術撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、以下の条件式（１）を満足する。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
条件式（１）は、第５レンズ群における第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の空気間隔を規定する式であり、上記の条件を数値限定するものである。
条件式（１）の上限値を上回った場合には、所定のバックフォーカスを確保しながらレンズ全長を短縮することが難しくなってしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合には、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の相互偏心による性能低下が大きくなり過ぎるため、安定した量産性能が得られない。
従って、撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が条件式（１）を満足することにより、所定のバックフォーカスを確保しながらレンズ全長を短縮することができると共に第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の相互偏心の低減による安定した量産性能を確保することができる。
本技術により、広角端状態における画角が７０〜８０°程度、ズーム比が５倍程度、広角端状態におけるＦナンバーがＦ２．８〜４．０程度のレンズに最適な可変焦点距離レンズ系を有する撮像装置を構成することができた。
［撮像装置の一実施形態］
図１７に、本技術撮像装置の一実施形態による交換レンズ式のデジタルカメラのブロック図を示す。
撮像装置（デジタルカメラ）１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮影された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０とを有している。また、撮像装置１００は、撮影された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部４０と、メモリーカード１０００への画像信号の書込及び読出を行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、撮像装置の全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザーによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等から成る入力部７０と、カメラブロック１０に配置されたレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０とを備えている。
カメラブロック１０は、例えば、交換レンズに備えられ、可変焦点距離レンズ系１１（本技術が適用される可変焦点距離レンズ系１、２、３）を含む光学系や、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１２等とによって構成されている。
カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行う。
画像処理部３０は、所定の画像データーフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデーター仕様の変換処理等を行う。
表示部４０はユーザーの入力部７０に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデーターを表示する機能を有している。
Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データーのメモリーカード１０００への書込及びメモリーカード１０００に記録された画像データーの読出を行う。
ＣＰＵ６０は、撮像装置１００に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能し、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。
入力部７０は、例えば、シャッター操作を行うためのシャッターレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザーによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。
レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて可変焦点距離レンズ系１１の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。
メモリーカード１０００は、例えば、Ｒ／Ｗ５０に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。
以下に、撮像装置１００における動作を説明する。
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介して表示部４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて可変焦点距離レンズ系１１の所定のレンズが移動される。
入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッターが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデーターフォーマットのデジタルデーターに変換される。変換されたデーターはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリーカード１０００に書き込まれる。
フォーカシングは、例えば、入力部７０のシャッターレリーズボタンが半押しされた場合や記録（撮影）のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０が可変焦点距離レンズ系１１の所定のレンズを移動させることにより行われる。
メモリーカード１０００に記録された画像データーを再生する場合には、入力部７０に対する操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によってメモリーカード１０００から所定の画像データーが読み出され、画像処理部３０によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号が表示部４０に出力されて再生画像が表示される。
尚、上記には、撮像装置を交換レンズ式のデジタルカメラに適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲は交換レンズ式のデジタルカメラに限られることはなく、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等のデジタル入出力機器のカメラ部等として広く適用することができる。
［その他］
本技術可変焦点距離レンズ系及び本技術撮像装置においては、第１レンズ群乃至第５レンズ群に加えて屈折力を有さないレンズや開口絞り等の他の光学要素が配置されていてもよい。この場合において、本技術可変焦点距離レンズ系のレンズ構成は第１レンズ群乃至第５レンズ群の実質的に５群のレンズ構成にされている。
［本技術］
本技術は、以下の構成にすることもできる。
＜１＞物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、以下の条件式（１）を満足する可変焦点距離レンズ系。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
＜２＞以下の条件式（２）を満足する前記＜１＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（２）１．２＜ｆ５Ａ／ｆｗ＜１．６
但し、
ｆ５Ａ：第１のサブレンズ群の焦点距離
とする。
＜３＞以下の条件式（３）を満足する前記＜１＞又は前記＜２＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（３）−０．２＜β５ｗ＜０．１
但し、
β５ｗ：第５レンズ群の横倍率
とする。
＜４＞前記第２のサブレンズ群が物体側から像側へ順に配置された負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成され、以下の条件式（４）を満足する前記＜１＞から前記＜３＞の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
（４）ＤｓＢ／ｆｗ＜０．１５
但し、
ＤｓＢ：第２のサブレンズ群における負レンズと正レンズの光軸上における空気間隔
とする。
＜５＞前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間に開口絞りが配置された前記＜１＞から前記＜４＞の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
＜６＞近距離合焦に際して前記第３レンズ群が移動し、前記第３レンズ群が１枚のレンズによって構成され、以下の条件式（５）を満足する前記＜１＞から前記＜５＞の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
（５）−０．７０＜ｆｗ／ｆ１２ｗ＜−０．３５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
とする。
＜７＞前記第２レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズが接合された接合レンズとが物体側から像側へ順に配置されて構成され、以下の条件式（６）を満足する前記＜１＞から前記＜６＞の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
（６）−０．３０＜ｆｗ／Ｒｔ＜−０．０５
但し、
Ｒｔ：第２レンズ群における接合レンズの最も物体側の面の曲率半径
とする。
＜８＞可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、以下の条件式（１）を満足する撮像装置。
（１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
但し、
Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
＜９＞実質的にレンズ屈折力を有さないレンズを含む光学要素がさらに配置されている前記＜１＞から前記＜７＞の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系又は前記＜８＞に記載の撮像装置。
上記した各実施の形態において示した各部の形状及び数値は、何れも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
図２乃至図１７と共に本技術可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を実施するための最良の形態を示すものであり、本図は、屈折力配置を示す図である。 可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図４乃至図６と共に第１の実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図９乃至図１１と共に第２の実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１４乃至図１６と共に第３の実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 撮像装置の一例を示すブロック図である。
１…可変焦点距離レンズ系、２…可変焦点距離レンズ系、３…可変焦点距離レンズ系、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、Ｇ５…第５レンズ群、ＧＡ…第１のサブレンズ群、ＧＢ…第２のサブレンズ群、Ｌ２１…負レンズ、Ｌ２２…接合レンズ、Ｌ５２…負レンズ、Ｌ５３…正レンズ、１００…撮像装置、１１…可変焦点距離レンズ系、１２…撮像素子

Claims (8)

  1. 物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、
    広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、
    前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、
    以下の条件式（１）を満足する
    可変焦点距離レンズ系。
    （１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
    但し、
    Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  2. 以下の条件式（２）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （２）１．２＜ｆ５Ａ／ｆｗ＜１．６
    但し、
    ｆ５Ａ：第１のサブレンズ群の焦点距離
    とする。
  3. 以下の条件式（３）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （３）−０．２＜β５ｗ＜０．１
    但し、
    β５ｗ：第５レンズ群の横倍率
    とする。
  4. 前記第２のサブレンズ群が物体側から像側へ順に配置された負レンズと正レンズの２枚のレンズによって構成され、
    以下の条件式（４）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （４）ＤｓＢ／ｆｗ＜０．１５
    但し、
    ＤｓＢ：第２のサブレンズ群における負レンズと正レンズの光軸上における空気間隔
    とする。
  5. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間に開口絞りが配置された
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
  6. 近距離合焦に際して前記第３レンズ群が移動し、
    前記第３レンズ群が１枚のレンズによって構成され、
    以下の条件式（５）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （５）−０．７０＜ｆｗ／ｆ１２ｗ＜−０．３５
    但し、
    ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
    とする。
  7. 前記第２レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズと、負レンズと正レンズが接合された接合レンズとが物体側から像側へ順に配置されて構成され、
    以下の条件式（６）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （６）−０．３０＜ｆｗ／Ｒｔ＜−０．０５
    但し、
    Ｒｔ：第２レンズ群における接合レンズの最も物体側の面の曲率半径
    とする。
  8. 可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記可変焦点距離レンズ系は、
    物体側から像側へ順に、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、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群とが配置され、
    広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔が変化し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の空気間隔が減少し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の空気間隔が減少するように、全てのレンズ群が移動し、
    前記第５レンズ群は正の屈折力を有する第１のサブレンズ群とその像側に空気間隔を隔てて配置された負の屈折力を有する第２のサブレンズ群とによって構成され、
    以下の条件式（１）を満足する
    撮像装置。
    （１）０．５＜Ｄｓｕｂ／ｆｗ＜０．９
    但し、
    Ｄｓｕｂ：第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群の光軸上における空気間隔
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
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