JP2014202806A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全体が小型で、かつ高ズーム比でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能が容易に得られるズームレンズを得ること。
【解決手段】 物体側から像側へ順に、正、負、正、正、正又は負の屈折力の第１乃至第５レンズ群から構成され、ズーミングに際して、第１レンズ群は不動で、第２レンズ群と第４レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズＧ１ｎと３枚の正レンズから構成され、第１レンズ群の焦点距離ｆ１、第３レンズ群の焦点距離ｆ３、負レンズＧ１ｎの物体側のレンズ面の曲率半径Ｒａ、負レンズＧ１ｎの像側のレンズ面の曲率半径Ｒｂを各々適切に設定すること。
【選択図】 図１

Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばビデオカメラ、電子スチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置、或いは銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置に好適なものである。

近年、固体撮像素子を用いた撮像装置に用いられる撮影光学系には、レンズ全長が短く、コンパクト（小型）であること、そして高ズーム比（高変倍比）、広画角で、しかも高解像力のズームレンズであることが要望されている。これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側に正の屈折力のレンズ群を配置したポジティブリード型のズームレンズが知られている。ポジティブリード型のズームレンズで、全体として５つのレンズ群より構成されるズームレンズが知られている（特許文献１，２）。

特許文献１では、物体側から像側へ順に、正、負、正、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群よりなる５群構成のズームレンズにおいて、第２レンズ群と第４レンズ群でズーミングを行い、第４レンズ群でフォーカスを行っている。特許文献２では、物体側から像側へ順に、正、負、正、正、正又は負の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群よりなる５群構成のズームレンズにおいて、第２レンズ群と第４レンズ群でズーミングを行い第４レンズ群でフォーカスを行っている。

特許文献１、２では、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群にて変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行う所謂リアフォーカスタイプの５群ズームレンズを開示している。一般にリアフォーカス式のズームレンズは第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、近接撮影、特に極至近撮影が容易となる。さらに、小型軽量のレンズ群を移動させているので、レンズ群の駆動力が小さくて済み、迅速なフォーカスができる等の特徴がある。

特開２００８−１３４３３４号公報 特開２００７−３２８３０６号公報

近年、撮像装置に用いるズームレンズには、撮像装置の小型化に伴って高ズーム比で広画角、かつレンズ系全体が小型であることが強く要望されている。一般にズームレンズにおいて、所定のズーム比を確保しつつ、全系の小型化を図るためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、このようにしたズームレンズは、各レンズ面の屈折力の増加に伴いレンズ肉厚が増してしまい、レンズ系の短縮効果が不十分になると同時に諸収差の発生が多くなり、諸収差の良好なる補正が困難になってくる。

ポジティブリード型のズームレンズにおいて、全系の小型化と、高ズーム比を確保しつつ全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得るには、ズームレンズの各要素を適切に設定することが重要となってくる。例えばズームタイプ（レンズ群の数や各レンズ群の屈折力）、各レンズ群のズーミングに伴う移動軌跡、そして各レンズ群の変倍負担やレンズ構成等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成が適切でないと、高ズーム比化を図る際に全系が大型化し、又、ズーミングに伴う諸収差の変動が増大し、全ズーム範囲、及び画面全体にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。

本発明は、高ズーム比、広画角で、前玉有効径が小さく広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正または負の屈折力の第５レンズ群から構成され、ズーミングに際して、前記第１レンズ群は不動で、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズＧ１ｎと３枚の正レンズから構成され、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記負レンズＧ１ｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＲａ、前記負レンズＧ１ｎの像側のレンズ面の曲率半径をＲｂとするとき、
１．８＜ｆ１／ｆ３＜３．０
−０．２＜（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ−Ｒｂ）＜１．１
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、全体が小型で、かつ高ズーム比でありながら、全ズーム範囲にわたり高い光学性能が容易に得られるズームレンズが得られる。

本発明の実施例１のレンズ断面図 本発明の実施例１のズームレンズの収差図 本発明の実施例１のズームレンズの０．３度像位置変化後の横収差図 本発明の実施例２のレンズ断面図 本発明の実施例２のズームレンズの収差図 本発明の実施例２のズームレンズの０．３度像位置変化後の横収差図 本発明の実施例３のレンズ断面図 本発明の実施例３のズームレンズの収差図 本発明の実施例３のズームレンズの０．３度像位置変化後の横収差図 本発明の実施例４のレンズ断面図 本発明の実施例４のズームレンズの収差図 本発明の実施例４のズームレンズの０．３度像位置変化後の横収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 本発明の撮像装置の要部概略図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正または負の屈折力の第５レンズ群から構成されている。そしてズーミングに際して、第１レンズ群は不動で、第２レンズ群と第４レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）、中間ズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間ズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端における収差図である。

図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における０．３度の像位置変化後（防振後）の横収差図である。実施例１はズーム比１３．５７、開口比（Ｆナンバー）１．８０〜２．８０のズームレンズである。中間ズーム位置１、中間ズーム位置２は後述する数値実施例に示すとおりである。

図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間ズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端におけるレンズ断面図である。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端における収差図である。図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における０．３度像位置変化後の横収差図である。実施例２はズーム比１３．７９、開口比１．８０〜２．８８のズームレンズである。

図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間ズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端における収差図である。図９（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における０．３度像位置変化後の横収差図である。実施例３はズーム比１１．９９、開口比１．８０〜２．８８のズームレンズである。

図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間ズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端におけるレンズ断面図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置１、中間ズーム位置２、望遠端における収差図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における０．３度像位置変化後の横収差図である。実施例４はズーム比１１．８３、開口比１．８０〜２．８８のズームレンズである。図１３、図１４は本発明の撮像装置の要部概略図である。

本発明のズームレンズは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられるものである。レンズ断面図において左方が前方（物体側、拡大側）で右方が後方（像側、縮小側）である。レンズ断面図において、ｉは物体側から像側への各レンズ群の順序を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。

次に各実施例のズームレンズの特徴について説明する。各実施例のレンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正又は負の屈折力の第５レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）であり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。又、銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれている。

収差図のうち球面収差図において実線はｄ線、２点鎖線はｇ線である。非点収差図において点線はメリディオナル像面、実線はサジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。横収差図において、ｈｇｔは像高であり、実線はｄ線のメリディオナル断面、点線はｄ線のサジタル断面の横収差である。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）である。半画角ωは光線追跡値による値を示す。レンズ断面図において矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。ズーミングに際しては第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４が移動する。

このとき広角端に対して望遠端において第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広くなる。また第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が狭くなる。

以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍レンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように、第２レンズ群Ｌ２を像側に移動することによって変倍を行う。また、第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡で移動させることで変倍に伴う像面変動を補正している。

また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠と近距離にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４間の空間の有効利用を図り、レンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）の短縮化を効果的に達成している。

又、望遠端において無限遠から近距離へフォーカスを行う場合には、矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。レンズ部Ｌ５ｎを光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させて、結像位置を光軸に対して垂直方向に移動させている。即ち像ぶれの補正（手ぶれによる防振）を行っている。開口絞りＳＰはズーミングに際して不動である。

第５レンズ群Ｌ５は、負の屈折力のレンズ部Ｌ５ｎと、正の屈折力のレンズ部Ｌ５ｐを有している。そしてレンズ部Ｌ５ｎ又はレンズ部Ｌ５ｐのいずれか一方のレンズ部ＬＩＳが光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して像ぶれの補正を行っている。具体的には、第５レンズ群Ｌ５は物体側から像側へ順に、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して像ぶれの補正をする負の屈折力のレンズ部Ｌ５ｎと正の屈折力のレンズ部Ｌ５ｐより構成されている。

本発明は、高ズーム比を確保するために、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１乃至第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５で構成している。そしてズーミングに際して第２、第４レンズ群Ｌ２、Ｌ４を移動させている。これにより高ズーム比で全系が小型のズームレンズを達成している。ズーミングのためには第３レンズ群Ｌ３および第５レンズ群Ｌ５は不動である。像ぶれ補正用の補正レンズ群を小型軽量化するために、第５レンズ群Ｌ５中に負の屈折力のレンズ部Ｌ５ｎを設けている。これによって、像ぶれ補正機能を有しながらもレンズ系全体の小型化も達成している。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に１枚の負レンズＧ１ｎと３枚の正レンズから構成されている。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。負レンズＧ１ｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＲａ、負レンズＧ１ｎの像側のレンズ面の曲率半径をＲｂとする。このとき、
１．８＜ｆ１／ｆ３＜３．０ ・・・（１）
−０．２＜（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ−Ｒｂ）＜１．１ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

各実施例のズームレンズでは高ズーム比を確保し、諸収差を良好に補正するために、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１乃至第４レンズ群Ｌ４と正又は負の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より構成している。

ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１を不動とすることにより、高い位置精度を保つこと、ズーミングに際してレンズ全長（第１レンズ面Ｌ１から像面までの距離）の変化を無くしている。また、ズーミングに際して可動レンズ群を少なくして機構部品の簡素化を図っている。機構部品の簡素化はゴミ等の発生を低減することができ、高い光学性能を維持したズームレンズおよびそれを用いた撮像装置を構成することが容易となる。さらに、コンバータレンズなどのアクセサリを取り付ける場合に、機構上の強度を確保するのが容易になる。

ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４を移動させて可動レンズ群を少なくして、レンズ全系の小型化や構成の簡素化を図っている。第１レンズ群Ｌ１には、軸外光束が光軸から離れた位置を通過する。また、第１レンズ群Ｌ１の構成によりレンズ全長やレンズ径が大きく影響される。このため、全系の小型化には第１レンズ群Ｌ１のレンズ構成を適切に設定することが重要である。

そこで各実施例において第１レンズ群Ｌ１を、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと３枚の正レンズにて構成している。そして各正レンズのレンズ面の曲率半径を適正な範囲として、前玉有効径の増大を極力抑えている。第１レンズ群Ｌ１をこのように構成することにより、第２レンズ群Ｌ２以降のレンズ群には広画角化のための負担をあまり負わせることなく広角側において像面湾曲と倍率色収差を良好に補正し、望遠側において球面収差およびコマ収差を良好に補正している。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の焦点距離の比を規定する。条件式（１）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が小さくなると、全系の小型化には有利となるが、広角側において球面収差やコマ収差を良好に抑制することが困難になる。条件式（１）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さくなると、第１レンズ群Ｌ１より軸上色収差と球面収差が多く発生し、これらの諸収差の補正が難しくなる。

条件式（２）は、第１レンズ群Ｌ１の負レンズＧ１ｎのシェープファクターを規定している。条件式（２）の上限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の像側主点を像側へ移動することが難しくなり、前玉有効径が大型化してくる。条件式（２）の下限を超えると、物体側のレンズ面の凹形状の曲率が大きくなりすぎ、高次の収差が多く発生する。このため、全系の小型化を図る場合に、この高次の収差の補正が困難となり、好ましくない。

条件式（１）と条件式（２）の範囲内であれば、各レンズ面のレンズ面の曲率半径を大きくするために第１レンズ群Ｌ１や第３レンズ群Ｌ３に新たにレンズを追加する必要がなくなり、各レンズ群のレンズ枚数を少なくすることができる。この結果、全系の小型化と高い光学性能を得るのが容易になる。

以上のように構成することにより、球面収差、コマ収差、像面湾曲などの諸収差を良好に補正した、高ズーム比で広画角で、しかもレンズ系全体が小型のズームレンズが容易に得られる。

各実施例において好ましくは次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。第３レンズ群Ｌ３は１以上の正レンズを有し、このうち少なくとも１つの正レンズＧ３１の材料の屈折率をｎｄ３ｉ、アッベ数をνｄ３ｉ、部分分散比をθｇＦ３ｉとする。広角端における全系の焦点距離をｆＷ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとする。第３レンズ群Ｌ３の物体側にズーミングに際して不動の開口絞りＳＰを有し、広角端におけるレンズ全長をＴＤＷ、開口絞りＳＰから像面までの空気演算距離（フィルター等の平行平面板を除去したときの距離）をＤＳＰとする。

広角端から望遠端へのズーミングにおける第２レンズ群Ｌ２の光軸上の移動量をｍ２とする。移動量ｍ２は、広角端における第２レンズ群Ｌ２の光軸上の位置と、望遠端における第２レンズ群Ｌ２の光軸上の位置の差をいうものとする。移動量ｍ２の符号は第２レンズ群Ｌ２が広角端に比べて望遠端において像側に位置するときを正とする。

望遠端におけるレンズ部ＬＩＳ（レンズ部Ｌ５ｎ）の横倍率をβａ、望遠端におけるレンズ部ＬＩＳより像側に位置するレンズ部の横倍率をβｂ（レンズ部ＬＩＳより像側にレンズ部がないときは横倍率βｂ＝１とする）とする。負レンズＧ１ｎの焦点距離をｆ１ｎとする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

１．５４＜ｎｄ３ｉ＜２．００ ・・・（３）
５５＜νｄ３ｉ＜１００ ・・・（４）
１．０＜ｆ３／√（ｆＷ×ｆＴ）＜３．０ ・・・（５）
０．２＜ＤＳＰ／ＴＤＷ＜０．７ ・・・（６）
１．５＜｜ｍ２｜／√（ｆＷ×ｆＴ）＜３．０ ・・・（７）
０．４＜｜（１−βａ）×βｂ｜＜１．５ ・・・（８）
０．８＜｜ｆ１ｎ｜／ｆ１＜２．０ ・・・（９）
−０．００１６２×νｄ３ｉ＋０．６４２＜θｇＦ３ｉ ・・・（１０）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（３）、（４）、（１０）は、第３レンズ群Ｌ３を構成する１以上の正レンズのうち少なくとも１つの正レンズの材料を規定している。なお、アッベ数νｄ、部分分散比θｇFはフラウンホーファ線のｄ線、Ｆ線、Ｃ線、ｇ線における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣ、Ｎｇとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
で定義される。

各実施例では、第３レンズ群Ｌ３が条件式（３）、（４）を同時に満足する材料で構成された正レンズを有することにより、一次の色消しと、二次スペクトルを良好に補正している。各実施例では、レンズＧ３１が条件式（３）、（４）、（１０）を満たしている。

条件式（３）は、第３レンズ群Ｌ３の正レンズＧ３の材料の屈折率を規定している。条件式（３）の上限を超えると、現存する光学ガラスは屈折率が高いほど比重が大きい傾向にあるため、全系の軽量化が難しくなる。条件式（３）の下限を超えて、正レンズＧ３１の材料の屈折率が小さくなりすぎると、正レンズＧ３１のレンズ面の曲率を大きくしなければならない。そうすると、低次の収差係数が大きく発生し、特にコマ収差が大きくなり好ましくない。

条件式（４）は、第３レンズ群Ｌ３の正レンズＧ３１のアッベ数を規定している。条件式（４）は主に軸上色収差を小さく抑えるための条件である。条件式（４）の下限を超えると、ズーミングに際して軸上色収差の変動が大きくなり、高ズーム比化を行うと、望遠側において色収差が多く発生してくるので好ましくない。更に好ましくは、第３レンズ群Ｌ３の正レンズＧ３１は、条件式（３）、（４）、（１０）を全て同時に満足することが望ましい。条件式（３）、（４）、（１０）を全て同時に満足すると、一次の色消しと、二次スペクトルを良好に補正するのが容易となり、更なる高ズーム比化が容易になる。

条件式（５）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力を規定している。条件式（５）は主に球面収差やコマ収差等を良好に補正しつつ、広画角化を図るための条件である。条件式（５）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が小さくなると、レンズ全長の短縮には有利となるが、高ズーム比化を図った際、ズーミングに際して像面湾曲の変動が増大し、これを補正することが難しくなる。条件式（５）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなると、広画角化を図るためには有利となるが、広角側において球面収差やコマ収差が増大し、これらの収差の補正が難しくなり、好ましくない。

条件式（６）は、広角端における開口絞りＳＰの位置を規定している。条件式（６）の上限を超えると、開口絞りＳＰより像側のレンズ群の画面周辺に入射する周辺光束の光軸からの距離変化が大きくなり、周辺光束の収差を良好に補正するために、レンズ枚数を増加したり、非球面を用いること等が必要となり、好ましくない。条件式（６）の下限を超えると、望遠端側において第１レンズ群Ｌ１の軸外光束が光軸から離れ、第１レンズ群Ｌ１の径方向が増大してくるので好ましくない。

条件式（７）は、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量を規定している。条件式（７）は主にレンズ系全体の小型化を図るためのものである。条件式（７）の上限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなりすぎて、広角端におけるレンズ全長を短くする効果が小さくなり、また第１レンズ群Ｌ１の径方向が増大してくる。条件式（７）の下限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の移動量が小さくなりすぎて、所定のズーム比を得るために、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強める必要がある。

そうすると、ズーミングに際して像面湾曲の変動が大きくなり、ズーム全域にわたって像面湾曲を良好に補正することが困難になる。

条件式（８）は、最終レンズ群である。第５レンズ群Ｌ５を構成するレンズ部Ｌ５ｎの像シフト敏感度を規定している。ここで、像シフト敏感度ＴＳとは、光軸に対して垂直方向に移動するシフト群を光軸に対して垂直方向に移動させたときのシフト群の垂直方向の移動量ΔＬとそのときの像面における結像位置の移動量ΔＩの比
ＴＳ＝ΔＩ／ΔＬ
である。

条件式（８）の上限を超えて、レンズ部Ｌ５ｎの微小な移動に対し、像が大きくシフトすると、高い駆動制御が要求され、機構が複雑化するので好ましくない。条件式（８）の下限を超えると、レンズ部Ｌ５ｎの像を所定量シフトするために必要な移動量が大きくなり、全系の小型化が困難になる。また、像を所定量シフトするためにレンズ部Ｌ５ｎをシフトした際の収差変動が増大してくるので良くない。像ぶれ補正のためのレンズ部Ｌ５ｎを小型軽量化するために、レンズ部Ｌ５ｎは１コンポーネント（単一レンズ又は接合レンズ）で構成することが望ましい。

条件式（９）は、第１レンズ群Ｌ１の負レンズＧ１ｎの焦点距離を第１レンズ群Ｌ１の焦点距離で規定している。条件式（９）の上限を超えて、負レンズＧ１ｎの焦点距離が大きくなると、第１レンズ群Ｌ１の像側主点を像側に移動することが困難となる。また、色収差の補正が困難となる。条件式（９）の下限を超えて、負レンズＧ１ｎの焦点距離が小さくなると、広角端において像面湾曲が大きくなり、像面湾曲の補正が難しく、高ズーム比化と全系の小型化が難しくなる。また、望遠側において軸外光束の下光線が補正不足になるのを防ぎ、同時に色収差を補正するのが困難になる。

更に好ましくは条件式（１）乃至（９）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．８５＜ｆ１／ｆ３＜２．７０ ・・・（１ａ）
０．２＜（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ−Ｒｂ）≦１．０ ・・・（２ａ）
１．５４＜ｎｄ３ｉ＜１．８ ・・・（３ａ）
５５＜νｄ３ｉ＜８０ ・・・（４ａ）
１．１＜ｆ３／√（ｆＷ×ｆＴ）＜２．０ ・・・（５ａ）
０．２＜ＤＳＰ／ＴＤＷ＜０．５ ・・・（６ａ）
１．７＜｜ｍ２｜／√（ｆＷ×ｆＴ）＜２．５ ・・・（７ａ）
０．４＜｜（１−βａ）×βｂ｜＜０．８ ・・・（８ａ）
０．８＜｜ｆ１ｎ｜／ｆ１＜１．５ ・・・（９ａ）
条件式（１ａ）を満たすことにより、ズーミングにおけるコマ収差および像面湾曲の変動の抑制が容易になる。条件式（２ａ）を満たすことにより、前玉有効径の小型化を図りつつ、望遠側において球面収差およびコマ収差を良好に補正することが容易になる。条件式（３ａ）を満たすことにより、高ズーム比化と全系の小型化が容易になる。条件式（４ａ）を満たすことにより、球面収差やコマ収差の補正を良好に行いつつ、第３レンズ群Ｌ３に新たにレンズを追加する必要性が少なくなり、全系の小型化が容易になる。

条件式（５ａ）を満たすことにより、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が適切となり、高ズーム比化を図りつつコマ収差の補正が容易になる。条件式（６ａ）を満たすことにより、開口絞りの位置が更に適正となり、広画角化を図りつつ前玉有効径の小型化が容易になる。条件式（７ａ）を満たすことにより、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量が更に適切となり、高ズーム比化と全系の小型化が容易になる。条件式（８ａ）を満たすことにより、像変位を行うレンズ部Ｌ５ｎのシフト敏感度がより適切になり、高い結像性能を維持しつつ像変位が容易になる。

条件式（９ａ）を満たすことにより、望遠側において球面収差を良好に補正しつつ、レンズ全長を短縮するのが容易になる。好ましくは条件式（１ａ）〜（９ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．９＜ｆ１／ｆ３＜２．５ ・・・（１ｂ）
０．４＜（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ−Ｒｂ）≦１．０ ・・・（２ｂ）
１．５５＜ｎｄ３ｉ＜１．７０ ・・・（３ｂ）
６０＜νｄ３ｉ＜８０ ・・・（４ｂ）
１．２＜ｆ３／√（ｆＷ×ｆＴ）＜１．８ ・・・（５ｂ）
０．３＜ＤＳＰ／ＴＤＷ＜０．４ ・・・（６ｂ）
１．８＜｜ｍ２｜／√（ｆＷ×ｆＴ）＜２．４ ・・・（７ｂ）
０．５＜｜（１−βａ）×βｂ｜＜０．７ ・・・（８ｂ）
０．９＜｜ｆ１ｎ｜／ｆ１＜１．５ ・・・（９ｂ）
各実施例のズームレンズでは、第１レンズ群Ｌ１および第２レンズ群Ｌ２の屈折力をある程度強めることで広画角化を達成している。また。第１レンズ群Ｌ１と開口絞りＳＰの距離を小さくし、前玉有効径の小型化を図っている。これにより第１レンズ群Ｌ１のレンズ有効径の小型化を図っている。また、第３レンズ群Ｌ３の屈折力をある程度強めることで開口絞りＳＰから像面ＩＰまでの距離を小さくしている。これによりレンズ全長の短縮を図っている。

各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端に向かって第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させ、広角端よりも望遠端において第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を広げることで変倍作用を得ている。第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動させることで無限遠から近距離へのフォーカスを行っている。

以上のような構成とすることで広角端および望遠端においてレンズ全長の短縮化を図りつつ、高ズーム比化を図っている。各実施例において第３レンズ群Ｌ１は少なくとも１つの非球面を有することが望ましい。広角端においてＦナンバーを比較的小さくし、明るいズームレンズを得るには、第３レンズ群Ｌ３を簡素なレンズ構成にするのが良く、非球面を設けることが望ましい。実施例１乃至３では、第３レンズ群Ｌ３の正レンズＧ３１の少なくとも一方のレンズ面を非球面形状にすることにより、正レンズＧ３１から発生する収差を低く抑えている。

すなわち、正レンズＧ３１の基準球面から発生する収差とは逆の収差を非球面により発生させることにより、基準球面による収差と非球面による収差とバランスさせている。また、第３レンズ群Ｌ３を単一の正レンズＧ３１で構成すると、レンズ構成の簡素化および全系の小型化を図ることが容易となる。

実施例１乃至４では、第３レンズ群Ｌ３に非球面レンズを採用することにより、所定の明るさを確保しつつ、広角側において球面収差やコマ収差等を良好に補正している。実施例３、４では第２レンズ群Ｌ２に非球面レンズを採用することにより、光学性能のさらなる向上を図っている。特に広角側において像面湾曲を良好に補正している。実施例３では、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の負レンズにて、中心から周辺にかけて負の屈折力が弱くなる非球面形状のレンズを用いて収差を良好に補正している。

各実施例では、第５レンズ群Ｌ５の物体側の１コンポーネント（レンズ部Ｌ５ｎ）を光軸に垂直方向の成分を持つように移動させる。これにより、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正するようにしているが、任意のレンズ群を光軸と垂直な方向に移動させて手ぶれ補正を行っても良い。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたカムコーダー（ビデオカメラ）の実施例を図１３、デジタルスチルカメラの実施例を図１４を用いて説明する。図１３において、１０はカメラ本体、１１は実施例１乃至４に説明したいずれか１つのズームレンズによって構成された撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

１３は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子１２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。図１４において、２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至４に説明したいずれか１つのズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。尚、各実施例のズームレンズは投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系として用いることもできる。

本発明の撮像装置は、上記のいずれかのズームレンズと、歪曲収差及び／又は倍率色収差を電気的に補正する回路とを備えるのが好ましい。このようにズームレンズを構成する際に歪曲収差を許容することのできるレンズ構成にすれば、ズームレンズのレンズ枚数の削減や小型化が容易になる。また、倍率色収差を電気的に補正することにより、撮影画像の色にじみを軽減し、また、解像力の向上を図ることが容易になる。

次に本発明の実施例１乃至４に対応する数値実施例１乃至４を示す。数値実施例においてｉは物体からの面の順番を示す。ｒｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目と第ｉ＋１番目間のレンズ厚及び空気間隔、ｎｄｉとνｄｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。また最も像側の２つの面はフェースプレート等のガラス材である。

非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０を各々非球面係数としたとき

なる式で表している。*は非球面形状を有する面を意味している。「ｅ−ｘ」は１０^-xを意味している。ＢＦはバックフォーカスであり、最終レンズ面から像面までの空気変換長で表している。各数値実施例のレンズデータ及びそれに基づく各条件式の計算結果を表１に示す。

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 -344.066 1.50 1.84666 23.8
2 50.245 4.07 1.60311 60.6
3 -164.337 0.20
4 49.901 2.95 1.80400 46.6
5 -700.592 0.17
6 26.799 2.05 1.77250 49.6
7 48.404 (可変)
8 115.929 0.70 1.88300 40.8
9 8.374 2.63
10 -13.413 0.60 1.80000 29.8
11 14.604 1.50
12 -15.366 0.60 1.88300 40.8
13 -34.927 0.20
14 40.719 2.03 1.92286 18.9
15 -18.683 (可変)
16(絞り) ∞ 1.20
17* 16.419 3.45 1.55332 71.7
18* -21.931 (可変)
19 12.803 0.60 1.84666 23.8
20 6.466 2.13 1.63854 55.4
21 -64.684 (可変)
22* 35.578 1.02 1.83481 42.7
23 -46.779 0.50 1.64769 33.8
24 5.419 3.47
25 10.055 3.23 1.51633 64.1
26 -9.717 3.00
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第17面
K =-6.51338e-001 A 4=-8.42369e-005 A 6=-2.73669e-008
A 8=-1.56859e-008 A10= 3.10785e-010

第18面
K =-4.76736e+000 A 4=-4.65862e-005 A 6=-1.49561e-007

第22面
K = 3.24617e+001 A 4=-2.09482e-004

各種データ
ズーム比 13.57

焦点距離 3.64 11.01 22.91 49.32
Fナンバー 1.80 2.38 2.62 2.80
半画角（度） 36.60 11.55 5.61 2.61
像高 2.70 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 75.25 75.25 75.25 75.25
BF 4.66 4.66 4.66 4.66

d 7 0.70 14.78 20.61 24.98
d15 25.88 11.80 5.97 1.60
d18 8.17 5.31 4.38 6.78
d21 1.04 3.90 4.83 2.43

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 36.16
2 8 -6.70
3 16 17.53
4 19 22.81
5 22 20.93

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 -119.285 1.50 1.90366 31.3
2 42.832 0.95
3 59.781 4.01 1.60311 60.6
4 -102.751 0.15
5 39.872 4.22 1.71300 53.9
6 -188.813 0.15
7 33.362 2.56 1.69680 55.5
8 93.777 (可変)
9 -2382.167 0.70 2.00100 29.1
10 8.456 2.14
11 -100.789 0.60 1.91082 35.3
12 16.952 1.74
13 -15.765 0.60 1.60060 41.4
14 -136.190 0.10
15 30.045 1.97 2.00272 19.3
16 -26.332 (可変)
17(絞り) ∞ 1.20
18* 10.244 3.02 1.59201 67.0
19* -92.682 (可変)
20 9.567 0.50 1.84666 23.8
21 4.692 2.57 1.63854 55.4
22 -111.246 (可変)
23 35.328 0.70 1.55332 71.7
24* 5.925 2.22
25 14.027 1.85 1.48749 70.2
26 -10.516 0.50 1.95906 17.5
27 -18.317 2.00
28 ∞ 1.00 1.51633 64.1
29 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第18面
K = 5.98255e-001 A 4=-1.21465e-004 A 6=-7.94578e-007
A 8= 3.78495e-008 A10=-3.95509e-010

第19面
K =-6.81901e+002 A 4=-4.56027e-006 A 6= 3.68274e-006

第24面
K =-4.64351e-001 A 4= 6.19195e-004

各種データ
ズーム比 13.79

焦点距離 3.50 11.39 19.59 48.28
Fナンバー 1.80 2.45 2.46 2.88
半画角（度） 36.59 11.17 6.55 2.67
像高 2.60 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 74.51 74.51 74.51 74.51
BF 3.66 3.66 3.66 3.66

d 8 0.70 17.70 22.80 29.03
d16 29.93 12.93 7.83 1.60
d19 4.79 3.06 2.69 4.86
d22 1.48 3.22 3.58 1.41

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 38.51
2 9 -8.26
3 17 15.75
4 20 19.84
5 23 -37.98

［数値実施例３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 1.50 1.84666 23.8
2 41.344 1.80
3 94.752 3.03 1.48749 70.2
4 -126.575 0.15
5 46.422 2.80 1.69680 55.5
6 297.361 0.15
7 37.804 3.27 1.83481 42.7
8 1147.293 (可変)
9 -124.873 0.60 1.85135 40.1
10* 7.294 2.81
11 -16.328 0.60 1.80400 46.6
12 47.325 0.20
13 19.795 1.81 1.92286 18.9
14 -76.231 (可変)
15(絞り) ∞ 1.20
16* 20.125 3.33 1.55332 71.7
17* -24.740 (可変)
18 23.545 0.60 1.84666 23.8
19 9.952 2.14 1.63854 55.4
20 -25.683 (可変)
21* 45.164 1.16 1.88300 40.8
22 -52.263 0.60 1.67270 32.1
23 6.244 1.82
24 7.565 3.50 1.69680 55.5
25 -428.888 3.30
26 ∞ 1.00 1.51633 64.1
27 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第10面
K =-1.10126e-001 A 4=-1.61117e-005

第16面
K =-2.63299e+000 A 4= 2.93548e-006 A 6=-3.06369e-009
A 8= 1.93110e-008 A10=-2.66803e-010

第17面
K =-5.96116e+000 A 4= 1.08153e-005 A 6= 6.08640e-007

第21面
K =-7.26973e+001 A 4= 1.08789e-004

各種データ
ズーム比 11.99

焦点距離 3.81 15.73 27.56 45.70
Fナンバー 1.80 2.48 2.69 2.88
半画角（度） 34.31 10.80 6.21 3.76
像高 2.60 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 79.68 79.68 79.68 79.68
BF 4.96 4.96 4.96 4.96

d 8 0.70 18.05 23.28 28.24
d14 29.14 8.95 4.35 1.60
d17 8.69 5.93 3.95 4.69
d20 3.14 8.74 10.09 7.14

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 39.66
2 9 -7.87
3 15 20.60
4 18 25.40
5 21 42.15

［数値実施例４］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 -800.000 1.50 1.90366 31.3
2 39.916 0.82
3 45.540 4.51 1.60311 60.6
4 -166.248 0.15
5 37.763 3.89 1.69680 55.5
6 -808.672 0.15
7 36.152 1.96 1.69680 55.5
8 72.304 (可変)
9 -130.913 0.70 2.00100 29.1
10 8.032 3.36
11 -16.195 0.60 1.91082 35.3
12 18.017 0.00
13 18.017 2.42 2.00178 19.3
14* -23.343 (可変)
15(絞り) ∞ 1.20
16* 14.319 2.18 1.59201 67.0
17* -88.129 (可変)
18 11.007 0.50 1.84666 23.8
19 6.235 2.45 1.63854 55.4
20 -42.556 (可変)
21 11.433 0.70 1.55332 71.7
22* 4.539 2.13
23 8.024 2.16 1.56384 60.7
24 -22.110 0.50 1.95906 17.5
25 -850.000 4.40
26 ∞ 1.00 1.51633 64.1
27 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第14面
K = 8.00261e-001 A 4=-5.85355e-005 A 6=-5.61599e-007

第16面
K = 5.69141e-001 A 4= 1.42937e-005 A 6= 1.76326e-006
A 8= 1.42819e-007 A10=-1.67455e-009

第17面
K =-8.78133e+002 A 4= 3.70614e-005 A 6= 8.23852e-006

第22面
K =-3.87586e-001 A 4= 1.40888e-004

各種データ
ズーム比 11.83

焦点距離 3.47 11.03 28.06 41.04
Fナンバー 1.80 2.45 2.77 2.88
半画角（度） 36.85 11.53 4.58 3.14
像高 2.60 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 75.82 75.82 75.82 75.82
BF 6.06 6.06 6.06 6.06

d 8 0.70 17.43 25.79 28.58
d14 29.58 12.85 4.49 1.70
d17 6.34 4.09 2.96 3.51
d20 1.26 3.50 4.63 4.09

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 41.70
2 9 -7.65
3 15 20.97
4 18 17.26
5 21 -97.91

Ｌ１…第１レンズ群 Ｌ２…第２レンズ群 Ｌ３…第３レンズ群 Ｌ４…第４レンズ群
Ｌ５…第５レンズ群 ＳＰ…絞り

Claims (12)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正または負の屈折力の第５レンズ群から構成され、ズーミングに際して、前記第１レンズ群は不動で、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズＧ１ｎと３枚の正レンズから構成され、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記負レンズＧ１ｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＲａ、前記負レンズＧ１ｎの像側のレンズ面の曲率半径をＲｂとするとき、
   １．８＜ｆ１／ｆ３＜３．０
   −０．２＜（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ−Ｒｂ）＜１．１
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第３レンズ群は１以上の正レンズを有し、このうち少なくとも１つの正レンズの材料の屈折率をｎｄ３ｉ、アッベ数をνｄ３ｉとするとき、
   １．５４＜ｎｄ３ｉ＜２．００
   ５５＜νｄ３ｉ＜１００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 広角端における全系の焦点距離をｆＷ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとするとき、
   １．０＜ｆ３／√（ｆＷ×ｆＴ）＜３．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 前記第３レンズ群の物体側にズーミングに際して不動の開口絞りを有し、広角端におけるレンズ全長をＴＤＷ、前記開口絞りから像面までの空気演算距離をＤＳＰとするとき、
   ０．２＜ＤＳＰ／ＴＤＷ＜０．７
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項のズームレンズ。
5. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第２レンズ群の光軸上の移動量をｍ２、広角端における全系の焦点距離をｆＷ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとするとき、
   １．５＜｜ｍ２｜／√（ｆＷ×ｆＴ）＜３．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第５レンズ群は、負の屈折力のレンズ部Ｌ５ｎと、正の屈折力のレンズ部Ｌ５ｐを有し、像ぶれ補正に際して前記レンズ部Ｌ５ｎ又は前記レンズ部Ｌ５ｐのいずれか一方のレンズ部ＬＩＳが光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動し、望遠端における前記レンズ部ＬＩＳの横倍率をβａ、望遠端における前記レンズ部ＬＩＳより像側に位置するレンズ部の横倍率をβｂ（前記レンズ部ＬＩＳより像側にレンズ部がないときは横倍率βｂ＝１とする）とするとき、
   ０．４＜｜（１−βａ）×βｂ｜＜１．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 前記負レンズＧ１ｎの焦点距離をｆ１ｎとするとき、
   ０．８＜｜ｆ１ｎ｜／ｆ１＜２．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズ。
8. 前記第３レンズ群は１以上の正レンズを有し、このうち少なくとも１つの正レンズの材料のアッベ数をνｄ３ｉ、部分分散比をθｇＦ３ｉとするとき、
   −０．００１６２×νｄ３ｉ＋０．６４２＜θｇＦ３ｉ
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項のズームレンズ。
9. ズーミングのためには前記第３レンズ群および前記第５レンズ群は不動であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 前記第３レンズ群は単一の正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項のズームレンズ。
11. 前記第５レンズ群は、物体側から像側へ順に、負の屈折力のレンズ部Ｌ５ｎと正の屈折力のレンズ部Ｌ５ｐを有し、像ぶれ補正に際して前記レンズ部Ｌ５ｎが光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項のズームレンズ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。