JP2014228812A5 - - Google Patents

Description

ズームレンズ及び撮像装置

本件発明は、ズームレンズ及び撮像装置に関し、特に小型軽量であり、且つ、手ぶれ補正機能を備えたズームレンズ及び撮像装置に関する。

従来の一眼レフレックスカメラ用のズームレンズ等では、光学式ファインダーに関する光学要素等を配置するため、焦点距離に対して長いフランジバックを確保する必要性があった。そのため、ズームレンズを構成するレンズ群のうち像面側に配置される後方のレンズ群には、正の屈折力を有するレンズ群を配置してバックフォーカスを確保しやすいようなレンズ設計を行い、長いフランジバックを確保していた。しかしながら、近年では、撮像装置本体の小型化のため、また撮像装置本体の背面等に設けた液晶画面に表示されるライブビュー画像により撮像を行うデジタルスチルカメラ等の普及に伴い、光学式ファインダーを備えていない撮像装置が広く用いられるようになっている。このため、長いフランジバックを必要としないズームレンズも増えてきており、ズームレンズの小型化が求められている。また、このような小型のズームレンズにおいて、フォーカス群の小型化を図ったものや手振れ補正に必要な防振レンズを備えたものなど、動画撮影に適したズームレンズなどが提案されている。

特に、動画撮影時等において、オートフォーカスを高速で連続して行うには、一部のレンズ群（フォーカス群）を光軸方向に高速で振動（ウォブリング）させながら、非合焦状態→合焦状態→非合焦状態を作り出し、撮像素子の出力信号から一部画像領域のある周波数帯の信号成分を検出して、合焦状態となるフォーカス群の最適位置を求め、その最適位置にフォーカス群を移動させるといった一連の動作を繰り返す方法が考えられる。このようなウォブリングを導入する場合、ズームレンズ設計においては、ウォブリング時に被写体に対応する画像の大きさが変化することに注意する必要がある。このようなフォーカス時の変倍作用は、ウォブリング時にフォーカス群が光軸方向に移動することにより、レンズ系全体の焦点距離が変化することに起因している。例えば、ライブビュー撮影を行う際に、ウォブリングによるこの変倍作用が大きい場合にはユーザに違和感を生じさせることになる。この違和感を軽減させる為には絞りよりも後方のレンズ群でフォーカスを行う事により効果がある事が知られている。また、ウォブリングを導入し、高速オートフォーカスを実現する為にはフォーカス群の小型・軽量化は必須の条件となる。

このように、近年の撮像装置本体の小型化及びフランジバックの短縮化に合わせてズームレンズ自体の小型化が必要になる事はもとより、フォーカス群を高速に駆動させられるようにフォーカス群の外径を極力小さくすると共に、その軽量化を図る事が望まれている。

また、防振レンズ群においても同様に手ブレによる画像劣化の影響を軽減させると共に、防振駆動系の負荷を軽減させる為に、防振レンズ群も外径を小さく、そして軽くする事が望まれている。

このような背景の下、例えば、特許文献１には、物体側から順に正負正負正の５群レンズからなる広角高倍率ズームレンズが提案されている。また、特許文献２には、コンパクトな高変倍率ズームレンズが記載されており、その実施例７では正負正負負の光学系が提案されている。さらに、特許文献３には、高変倍率ズームレンズについて記載されており、その実施例２では正負正負負の光学系が提案されている。

特許第３９５８４８９号 特許第２７７３１３３１号 特開２０１１−２４７９６２号公報

ところで、従来、光学像を受光して電気的な画像信号に変換する固体撮像素子においては、オンチップマイクロレンズ等で入射光の効率的な取り込みをする為の制限があり、その為レンズ側で射出瞳をある一定以上大きくして固体撮像素子への入射光束のテレセントリック性を確保する事が望まれていた。しかしながら、近年の固体撮像素子では開口率の向上やオンチップマイクロレンズの設計自由度の進歩があり、レンズ側に求められる射出瞳の制限も少なくなってきた。その為、従来においては、ズームレンズの後方に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、テレセントリック性を確保する為の各種提案が行われてきたが、近年はその限りではなくなってきている。このため、ズームレンズの後方に負の屈折力を有するレンズ群を配置して固体撮像素子に対する光束の斜入射があった場合でもオンチップマイクロレンズとの瞳のミスマッチ等での周辺減光（シェーディング）が目立ちにくくなってきた。また、歪曲収差がある程度大きく、従来であれば目立つものであったとしても、ソフトウェアやカメラシステムの進歩、向上に伴い、画像処理により補正する事も可能になってきている。

上記特許文献１に記載のズームレンズでは、テレセントリック性を持たせながら歪曲収差を含めた諸収差を良好に補正する事に注力している。このため、上述したように、ズームレンズの後方に正の屈折力を有するレンズ群を配置していることから、例えば、物体側から順に正負正負負の５群レンズからなり歪曲収差を意図的に残存させた場合と比較すると、この特許文献１に記載のズームレンズ光学系は十分に小型化ができているとは言えない。また、フランジバックも従来の一眼レフレックスカメラ用に使用される前提で設計がなされており、ズームレンズ全長に対するバックフォーカスが長く設定されている面でも全長が長くなっている。

また、特許文献２に記載のズームレンズは、光学系自体はコンパクトであるが、フィルムカメラに適した光学系に関する発明であり、近年の動画撮影に対応させたフォーカス群の規定や防振光学系の配置がなされたものではない。

特許文献３に記載のズームレンズは、その実効焦点距離に対して５群の焦点距離が長く屈折力が弱い。このため、当該ズームレンズの小型化軽量化が十分ではなく、より一層の小型化軽量化が求められる。

そこで、本件発明の課題は、全体として小型で、ウォブリングによる撮影倍率の変化を小さく保ち、特にフォーカス群のレンズ系を軽量化してフォーカス駆動系の負荷を減少させる事が可能なズームレンズを提供することにある。

本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下のズームレンズを採用することで上記課題を達成するに到った。

本件発明に係るズームレンズは、物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、及び、負の屈折力を有する第５レンズ群を備え、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が大きくなり、且つ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなるようにレンズ群が移動し、全レンズ群のうち、絞りよりも像面側に配置された負レンズ群をフォーカス群とし、当該フォーカス群は最像面側の面が像面に対して凹面であるメニスカス形状を呈した単一レンズブロックからなり、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、当該フォーカス群を像面側へ移動することによってフォーカスし、以下の条件式を満足することを特徴とする。

本件発明に係るズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することが好ましい。

本件発明に係るズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することが好ましい。

本件発明に係るズームレンズにおいて、前記第３レンズ群は、単一レンズブロックからなる防振群を少なくとも備え、当該防振群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手ぶれ補正を行い、以下の条件式を満足することが好ましい。

本件発明に係るズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は、最物体側面が物体側に対して凹面であるメニスカス形状の単一レンズブロックを少なくとも備え、当該メニスカス形状の単一レンズブロックは負の焦点距離を有し、以下の条件式を満足することが好ましい。

本件発明に係る撮像装置は、上記記載のズームレンズと、その像面側に当該ズームレンズ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たことを特徴とする。

本件発明によれば、全体として小型で、ウォブリングによる撮影倍率の変化を小さく保ち、特にフォーカス群のレンズ系を軽量化してフォーカス駆動系の負荷を減少させる事が可能なズームレンズを提供することができる。

本件発明の実施例１のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例１のズームレンズの広角端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例１のズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例１のズームレンズの望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例１のズームレンズの望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例２のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例２のズームレンズの広角端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例２のズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例２のズームレンズの望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例２のズームレンズの望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例３のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例３のズームレンズの広角端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例３のズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例３のズームレンズの望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例３のズームレンズの望遠端状態における横収差図である。 本件発明の実施例４のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。上段が広角端におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端におけるレンズ構成図である。 本件発明の実施例４のズームレンズの広角端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例４のズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例４のズームレンズの望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図である。 本件発明の実施例４のズームレンズの望遠端状態における横収差図である。

以下、本件発明に係るズームレンズ及び撮像装置の実施の形態を説明する。

１．ズームレンズ
１−１．光学系の構成
まず、本件発明に係るズームレンズの光学系の構成と動作について説明する。本件発明に係るズームレンズは、物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、及び、負の屈折力を有する第５レンズ群を備え、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が大きくなり、且つ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなるようにレンズ群が移動し、全レンズ群のうち、絞りよりも像面側に配置された負レンズ群をフォーカス群とし、当該フォーカス群は最像面側の面が像面に対して凹面であるメニスカス形状を呈した単一レンズブロックからなり、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、当該フォーカス群を像面側へ移動することによってフォーカスする。

本件発明に係るズームレンズは、いわゆるテレフォトタイプのズームレンズであり、上記第１レンズ群〜第３レンズ群は全体として正の屈折力を有する物体側群であり、第４レンズ群〜最終レンズ群は全体として負の屈折力を有する像面側群である。本件発明では、テレフォトタイプのズームレンズとすることにより、当該ズームレンズの望遠端における焦点距離よりも当該ズームレンズの望遠端における光学全長を短縮することができる。このため、例えば、３５ｍｍフィルム換算で焦点距離３００ｍｍ超等に変倍率を高くしたときも望遠端における光学全長の増加を抑制することができる。

また、本件発明では、上記のとおりテレフォトタイプのズームレンズとすると共に、像面側群を負の屈折力を有する第４レンズ群及び第５レンズ群を少なくとも備える構成としている。このため、従来の正負正負正の５群構成のズームレンズと比較すると、像面側群における全体の負の屈折力を強くすることが容易になる。つまり、よりテレフォト傾向の強いズームレンズとすることが容易になるため、変倍率を高くしたときも望遠端における焦点距離に対して望遠端における光学全長をより短縮することが可能になる。

ここで、ズームレンズは、一般に、鏡筒（最外筒）内に１以上の内筒が入れ子式に収容されている。内筒は、変倍率に応じて物体側に繰り出される。望遠端と広角端とにおける光学全長の差が大きくなると、内筒収納時の鏡筒全長を短くするために、最外筒内に複数の内筒を収容させることが行われる。しかしながら、最外筒内に複数の内筒を収容させると、内筒の厚みの分だけ最外筒の径が大きくなる。そこで、本件発明では、上述のとおりよりテレフォト傾向の強いズームレンズとすることにより、変倍率を高くした場合であっても、望遠端における光学全長の増加を抑制することが可能であるため、最外筒内に収容される内筒の数の増加を抑制することができる。このため、本件発明によれば、望遠端における光学全長だけではなく、鏡筒の外径についても小型化を図ることができる。

１−２．動作
次に、上記構成のズームレンズにおけるフォーカシング及びズーミングについて順に説明する。

（１）フォーカシング（合焦動作）
まず、フォーカシングについて説明する。本件発明に係るズームレンズは、上記のとおり、全レンズ群のうち、絞りよりも像面側に配置された負レンズ群をフォーカス群とし、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、当該フォーカス群を像面側へ移動することによってフォーカスする。絞りよりも像面側に配置された負レンズ群をフォーカス群とし、これを像面側に移動させることにより、フォーカスの際にウォブリングに起因して変倍作用が生じるのを抑制することができる。

また、絞りよりも像面側に配置された負レンズ群を、つまり、比較的径の小さいズームレンズ後方のレンズ群をフォーカス群とすることにより、フォーカス群のレンズ系を軽量化してフォーカス駆動系の負荷を減少させる事ができるため、高速オートフォーカスを実現することができる。この際、フォーカス群の軽量化を図り、より一層高速のオートフォーカスを実現するという観点から、本件発明では、当該フォーカス群を単一レンズブロックから構成する。ここで、単一レンズブロックは、単レンズであってもよいし、複数のレンズを接合した接合レンズであってもよい（以下、同じである）。

なお、絞り（開口絞り）の位置は第２レンズ群よりも像面側に配置することが一般的であり、本件発明においても第２レンズ群よりも像面側に配置されるものとするが、具体的な絞りの位置は特に限定されるものではなく、要求される光学特性等に応じて、適宜適切な位置に配置することができる。また、フォーカス群に関しては、絞りよりも像面側に配置される負の屈折力を有するレンズ群であれば、いずれのレンズ群であってもよい。例えば、第２レンズ群よりも像面側であって第４レンズ群よりも物体側に絞りを配置すると共に、第４レンズ群又は第５レンズ群のいずれかをフォーカス群とすることが好ましい。いずれの負レンズ群をフォーカス群とするかは、当該ズームレンズの具体的なレンズ構成等に応じて、適宜選択することができる。

ここで、テレフォト傾向の強いズームレンズとするには、上記のとおり、像面側群の負の屈折力を強くすることが求められる。従来、テレフォトタイプのズームレンズでは、第４レンズ群の屈折力を負、第５レンズ群の屈折力を正とすることが一般的に行われていた。これは上述したとおり、テレセントリック性を確保する必要性等のためである。しかしながら、第４レンズ群をフォーカス群としたとき、第４レンズ群に強い屈折力を持たせると、フォーカシングを行う間に第４レンズ群を光軸方向に振動させた場合、このウォブリングに伴い収差変動や変倍作用が生じる。そこで、本件発明では、像面側群を構成する第４レンズ群及び第５レンズ群にそれぞれ負の屈折力を配分することによりテレフォト傾向の強いズームレンズとすると共に、像面側群を構成する負レンズ群をフォーカス群とした場合にも合焦時の収差変動や変倍作用を抑制することができる。例えば、ミラーレス一眼カメラ等の光学式ファインダーを備えていない撮像装置等では、ユーザは装置本体の背面に設けられた液晶画面等に表示されるライブビュー画像等により画像を確認しながら撮像を行う。このとき、本件発明に係るズームレンズを用いれば、合焦の間も変倍等を抑制しながら結像性能の高い画像をライブビュー画像として表示することができる。従って、本件発明に係るズームレンズは、ミラーレス一眼カメラ等の撮像装置に好適に用いることができる。

（２）ズーミング（変倍動作）
次に、ズーミングについて説明する。本件発明に係るズームレンズでは、上述のとおり広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が大きくなり、且つ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなるようにレンズ群が移動すれば、各レンズ群の具体的な動作は特に限定されるものではない。しかしながら、収差補正の自由度を向上させ、ズーム全域において高い結像性能を得るという観点から、変倍時に第１レンズ群〜第５レンズ群の各レンズ群間の間隔をそれぞれ変化させるように、各レンズ群を相対的に移動させることが好ましい。変倍時に各レンズ群間の間隔をそれぞれ変化させることにより、各変倍率において各レンズ群の位置を収差補正上好ましい位置に調整することが容易になるためである。このとき、変倍時に全レンズ群をそれぞれ別個に移動させることにより、各レンズ群間の間隔を変化させてもよいし、全レンズ群のうち一部のレンズ群を一体に移動させ、残りのレンズ群を別個に移動させてもよい。また、全レンズ群を全て移動群とするのではなく、一部のレンズ群を固定群としてもよい。

（３）防振動作
上記構成のズームレンズにおいて、本件発明では、第３レンズ群を、単一レンズブロックからなる防振群を設け、当該防振群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手ぶれ補正を行うことができるように構成されていることが好ましい。防振群を第３レンズ群に配置し、当該防振群を単一レンズブロックにより構成することにより、防振群の小型・軽量化を図ることができるため、防振駆動系の負荷を減少させることができる。

以上説明した本件発明に係るズームレンズは、本件発明に係るズームレンズの一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜、その具体的なレンズ構成等を変更してもよいのは勿論である。

１−３．条件式
次に、本件発明に係るズームレンズが満足すべき、或いは、満足することが好ましい条件式について説明する。本件発明に係るズームレンズは、下記条件式（１）及び条件式（５）を満足することを特徴とし、後述する条件式（２）〜条件式（４）及び条件式（６）を満足することが好ましい。

１−３−１．条件式（１）
まず、条件式（１）について説明する。条件式（１）は第５レンズ群の望遠端における横倍率を規定したものである。条件式（１）に関して、この数値が下限値を下回ると第５レンズ群の負の屈折力が弱いため、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離を十分に短くすることができず、特に望遠端における当該ズームレンズの光学全長の小型化を行うことが困難になる。また、この数値が上限値を上回ると第５レンズ群の負の屈折力が強いため、射出瞳距離が短くなり、像面に配置されたＣＣＤ等の固体撮像素子への入射光の角度が社入射となり、特に周辺部の瞳の不均衡により光量低下を招くため好ましくない。

これらの観点から、条件式（１）に関して、その数値は下記の（１ａ）の範囲内であることが好ましく、（１ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

１．３０ ≦ β５Ｔ ≦ ２．８０ ・・・・・・（１ａ）
１．３５ ≦ β５Ｔ ≦ ２．５０ ・・・・・・（１ｂ）

１−３−２．条件式（２）
次に、条件式（２）について説明する。本件発明に係るズームレンズは、下記条件式（２）を満足することが好ましい。

条件式（２）は、当該ズームレンズの光学系全体の実効焦点距離に対する第１レンズ群の焦点距離を規定したものである。条件式（２）に関して、当該数値がその下限値を下回る場合、第１レンズ群の屈折力が強いため、相対偏芯等の影響で組立後に設計性能に対する性能劣化が大きくなる恐れがある。また、当該数値がその上限値を上回る場合、第１レンズ群の屈折力が弱いため、特に望遠端状態における光学全長を短縮することが困難となる。

これらの観点から、条件式（２）に関して、当該数値は下記の（２ａ）の範囲内であることが好ましく、（２ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

１．２０ ≦ ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．６０ ・・・・・・（２ａ）
１．３０ ≦ ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．２０ ・・・・・・（２ｂ）

１−３−３．条件式（３）
次に、条件式（３）について説明する。本件発明に係るズームレンズは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

上記条件式（３）は第４レンズ群の広角端における横倍率と第５レンズ群の広角端における横倍率の積を規定したものである。条件式（３）に関して、当該数値がその下限値を下回ると第１レンズ群から第３レンズ群までの焦点距離を短くする事が困難となり、結果として広角端状態における光学全長を短縮することが困難になる。また、当該数値がその上限値を上回る場合、第４レンズ群及び第５レンズ群の横倍率が大きく屈折力が強くなる為に、相対偏芯等の影響で組立後に設計性能に対する性能劣化が大きくなる。

これらの観点から、条件式（３）に関して、当該数値は下記の（３ａ）の範囲内であることが好ましく、（３ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

１．６０ ≦ β４Ｗ×β５Ｗ ≦ ２．３０ ・・・・・・（３ａ）
１．８０ ≦ β４Ｗ×β５Ｗ ≦ ２．１０ ・・・・・・（３ｂ）

１−３−４．条件式（４）
次に、条件式（４）について説明する。本件発明に係るズームレンズにおいて、第３レンズ群が上記防振群を備える場合、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。なお、この場合において、防振群は上述したとおり、単一のレンズブロックにより構成されており、光軸方向に対して垂直に移動することにより手ぶれ補正を行うものであり、第３レンズ群の一部を構成するものであることが好ましい。

上記条件式（４）は防振群の最物体側面の曲率半径と防振群の最像面側面の曲率半径の比を規定したものである。条件式（４）に関して、その数値が下限値を下回ると、防振群の屈折力が強いため、防振群を偏芯させた際の偏心コマ収差、偏心非点収差が増大するため好ましくない。また、この数値が上限値を上回ると、防振群の屈折力が弱いため、防振群のストロークが大きくなり、鏡筒の外径が大きくなると共に、防振群の駆動高速化が困難になる。

これらの観点から、条件式（４）に関して、当該数値は下記の（４ａ）の範囲内であることが好ましく、（４ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

−１．２０ ≦ ｒａ３／ｒｂ３ ≦ −０．２５ ・・・・・・（４ａ）
−１．１０ ≦ ｒａ３／ｒｂ３ ≦ −０．３０ ・・・・・・（４ｂ）

１−３−５．条件式（５）
次に、条件式（５）について説明する。本件発明に係るズームレンズにおいては、上述のとおり、高速オートフォーカスの実現、当該ズームレンズの小型軽量化等の観点から、上記フォーカス群を単一レンズブロックから構成する。このとき、当該単一レンズブロックを像面側に凹を向けたメニスカス形状を呈する単レンズ又は接合レンズであるものとし、この場合、当該フォーカス群は以下の条件式を満足する。

上記条件式（５）はフォーカス群をメニスカス形状を呈する単一レンズブロックから構成したときに、その最物体側面の曲率半径とフォーカス群の最像面側面の曲率半径の比を規定したものである。条件式（５）に関して、その数値が下限値を下回ると、フォーカス群の屈折力が弱くなり、無限遠物体から最至近物体へのフォーカスストロークが大きくなるため、光学全長が長くなり、当該ズームレンズの小型化を図る上で好ましくない。また、この数値が上限値を上回ると、フォーカス群の屈折力が強くなり、フォーカス群の光軸上の移動に対する感度、すなわちピント敏感度が高くなりフォーカス駆動系の制御が困難になるため好ましくない。

これらの観点から、条件式（５）に関して、当該数値は下記の（５ａ）の範囲内であることが好ましく、（５ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

３．３０ ≦ ｒａ４／ｒｂ４ ≦ ５．２０ ・・・・・・（５ａ）
３．５０ ≦ ｒａ４／ｒｂ４ ≦ ５．００ ・・・・・・（５ｂ）

１−３−６．条件式（６）
次に、条件式（６）について説明する。条件式（６）は第５レンズ群に関する式である。本件発明に係るズームレンズにおいて、上記第５レンズ群は、最物体側面が物体側に対して凹面であるメニスカス形状を有する単一レンズブロックを備えることが好ましい。この場合、当該メニスカス形状の単一レンズブロックは負の焦点距離を持ち、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。

上記条件式（６）は、第５レンズ群が最物体側面が物体側に対して凹面であるメニスカス形状の単一レンズブロックから構成される負レンズを備える場合、その最物体側面の曲率半径と最像面側面の曲率半径の比を規定するものである。条件式（６）に関して、その数値が下限値を下回ると、両面が凹面の負レンズとなる。このため、最物体側面は、像面側に凹を向けた形状となり像面との多重反射によるゴーストの照度が高くなるため好ましくない。また、この数値が上限値を上回ると、当該負レンズの屈折力が強くなるため、非点収差や像面湾曲等の諸収差が増大しそれを補正するには、第５レンズ群を構成するレンズ枚数が増えるため、光学全長の短縮が困難になる。

これらの観点から、条件式（６）に関して、当該数値は下記の（６ａ）の範囲内であることが好ましく、（６ｂ）の範囲内であることがさらに好ましい。

０．２５ ≦ ｒａ５／ｒｂ５ ≦ ０．７０ ・・・・・・（６ａ）
０．３５ ≦ ｒａ５／ｒｂ５ ≦ ０．６０ ・・・・・・（６ｂ）

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記ズームレンズと、その像面側に当該ズームレンズ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たことを特徴とする。ここで、撮像素子等に特に限定はない。しかしながら、上述したとおり、本件発明に係るズームレンズのフランジバックは短くすることができるため、当該ズームレンズは、光学式ファインダーやレフレックスミラ−等を備えていないタイプの撮像装置に好適である。特に、本件発明に係るズームレンズは小型で高い変倍率を実現することができるため、いわゆるミラーレス一眼カメラ等の小型の固体撮像素子を搭載した小型の撮像装置とすることが好ましい。また、本件発明においては、動画撮影においても高速オートフォーカスを実現することができるため、動画撮影が可能な撮像装置に適用することも好ましい。

次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではなく、下記実施例に記載するレンズ構成は本件発明の一例に過ぎず、本件発明に係るズームレンズのレンズ構成は本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。

次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本発明によるズームレンズの実施例を図面を参照して説明する。図１は、本実施例１のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。上段が広角端状態におけるレンズ構成図であり、下段が望遠端状態におけるレンズ構成図である。

図１に示すように、本実施例１のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、及び、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を備えている。第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りが配置されている。第４レンズ群Ｇ４は像面側が凹面のメニスカス形状を呈する正レンズと負レンズとを接合した接合レンズから構成されており、本実施例１では第４レンズ群Ｇ４がフォーカス群Ｆとして機能する。また、第３レンズ群Ｇ３は、単正レンズからなる防振群ＶＣを備えており、手ぶれ補正時この防振群ＶＣが光軸に対して垂直方向に移動する。さらに、第５レンズ群の最も物体側には、物体側面が凹面のメニスカスレンズが配置されている。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１に示すとおりである。

本実施例１のズームレンズでは、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、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、且つ、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レンズ群が移動する。また、変倍時において、第３レンズ群Ｇ３と第５レンズ群とが同一の軌跡で移動する。また、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、第４レンズ群が像面側に移動する。

望遠端における手ぶれ補正状態での防振群ＶＣの光軸に対して垂直方向への移動量は０．３０８ｍｍである。撮影距離が∞で望遠端において、ズームレンズ系が０．３°だけ傾いた場合の像偏心量は、防振群が光軸と垂直な方向に平行移動したときの像偏心量に等しい。なお、各実施例２〜実施例９のズームレンズについても、各防振群の光軸に対して垂直方向への移動量と、ズームレンズ系が０．３°だけ傾いた場合の上記像偏心量は等しい。

図２〜図４に、本実施例１のズームレンズの広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図をそれぞれ示す。各縦収差図は、それぞれ左側から順に球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、Ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表す。なお、これらは図７〜図９、図１２〜図１４、図１７〜図１９、図２２〜図２４においても同じである。

また、図５は、実施例１のズームレンズの望遠端における横収差図である。図５に示す各横収差図において、図面に向かって左側に位置する３つの収差図は、望遠端における手振れ補正を行っていない基本状態に対応する。また、図面に向かって右側に位置する３つの収差図は、防振群（手振れ補正光学系）を光軸と垂直な方向に所定量移動させた望遠端における手振れ補正状態に対応する。なお、これらは図５、図１０、図１５、図２０、図２５においても同じである。

基本状態の各横収差図のうち、上段は最大像高の７０％の像点における横収差、中段は軸上像点における横収差、下段は最大像高の−７０％の像点における横収差に、それぞれ対応する。手振れ補正状態の各横収差図のうち、上段は最大像高の７０％の像点における横収差、中段は軸上像点における横収差、下段は最大像高の−７０％の像点における横収差に、それぞれ対応する。また各横収差図において、横軸は瞳面上での主光線からの距離を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性である。

図５から明らかなように、軸上像点における横収差の対称性は良好であることがわかる。また、＋７０％像点における横収差と−７０％像点における横収差とを基本状態で比較すると、いずれも湾曲度が小さく、収差曲線の傾斜がほぼ等しいことから、偏心コマ収差、偏心非点収差が小さいことがわかる。このことは、手振れ補正状態であっても充分な結像性能が得られていることを意味している。ズームレンズ系の手振れ補正角が同じ場合には、ズームレンズ系全体の焦点距離が短くなるにつれて、手振れ補正に必要な平行移動量が減少する。したがって、いずれのズーム位置であっても、０．３°までの手振れ補正角に対して、結像特性を低下させることなく充分な手振れ補正を行うことが可能である。また、望遠端での手振れ補正光学系の平行移動量を広角端及び中間焦点位置状態に適用することで手振れ補正角度を０．３°よりも更に大きく取ることも可能である。これらの点は、後述する実施例２〜実施例４についても同様である。

次に、当該本実施例１において、具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを表１に示す。表１に示すレンズデータは次のものである。「面ＮＯ．」は、レンズの面番号であり、物体側から数えたレンズ面の順番を示す。「ｒ」はレンズ面の曲率半径を示し、「ｄ」はレンズ厚又は、互いに隣接するレンズ面の光軸上の間隔を示し、「Nｄ」はｄ線（波長λ=587.6ｎｍ）に対する屈折率を示し、「νｄ」はｄ線（波長λ=587.6ｎｍ）に対するアッベ数を示している。また、レンズ面が非球面である場合には、面番号の後に「＊（アスタリスク）」を付して曲率半径「ｒ」の欄には近軸曲率半径を示している。

また、当該実施例１のズームレンズ系において、広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態におけるＦナンバー（ＦＮＯ．）、全系の焦点距離（ｆ）、半画角（Ｗ（°））は以下のとおりである。なお、下記式において、右側から順に広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における各数値をハイフン（−）を介して示している。

ＦＮＯ．＝ ４．０８ − ５．３５ − ５．７７
ｆ ＝ １８．３８ − ４３．５３ −１０２．９２
Ｗ ＝ ３９．０４ − １７．５１ − ７．５

また、表１に示した非球面について、その形状を次式ｚで定義した場合の非球面係数を表２に示す。表２において、「Ｅ−ａ」は、「×１０^−ａ」を示す。

z=ch2/[1+{1-(1+k)c2h2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10・・・
但し、上記式において、cは曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数を示す。

表３に数値実施例１の広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における近接物体合焦時の面間隔を、無限物体合焦時の焦点距離（f）と共にそれぞれ示す。

次に、実施例２のズームレンズの光学系を図面を参照して説明する。図６は、本実施例２のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。実施例２のズームレンズは、実施例１のズームレンズと略同様の構成を有し、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を有し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りＳが配置されている。また、第３レンズ群は、単正レンズから構成される防振群ＶＣを有し、第４レンズ群Ｇ４は像面側が凹面のメニスカス形状を呈する正レンズと負レンズとを接合した接合レンズから構成されており、第４レンズ群Ｇ４がフォーカス群Ｆとして機能する。さらに、第５レンズ群の最も物体側には、物体側面が凹面のメニスカスレンズが配置されている。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図６に示すとおりである。また、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、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、且つ、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レンズ群が移動する。また、変倍時において、第３レンズ群Ｇ３と第５レンズ群とが同一の軌跡で移動する。また、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、第４レンズ群Ｇ４が像面側に移動する。また、望遠端における手ぶれ補正状態での防振群ＶＣの光軸に対して垂直方向への移動量は０．２９７ｍｍである。

図７〜図９に、本実施例２のズームレンズの広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図をそれぞれ示す。図２０は望遠端における横収差図である。表４〜表６は具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータであり、表１〜表３に示す数値データと同様であるため、各表に関する説明は省略する。

また、当該実施例２のズームレンズ系において、広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態におけるＦナンバー（ＦＮＯ．）、全系の焦点距離（ｆ）、半画角（Ｗ（°））は以下のとおりである。なお、下記式において、右側から順に広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における各数値をハイフン（−）を介して示している。

ＦＮＯ．＝ ４．０８ − ５．３５ − ５．７７
ｆ ＝１８．３７ − ４３．５４ −１０２．８５
Ｗ ＝３９．２９ − １７．７３ − ７．６０

次に、実施例３のズームレンズの光学系を図面を参照して説明する。図１１は、本実施例３のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。実施例３のズームレンズは、実施例１のズームレンズと略同様の構成を有し、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を有し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りＳが配置されている。また、第３レンズ群は、両凸正レンズから構成される防振群ＶＣを有し、第４レンズ群Ｇ４は像面側が凹面のメニスカス形状を呈する正レンズと負レンズとを接合した接合レンズから構成されており、第４レンズ群Ｇ４がフォーカス群Ｆとして機能する。さらに、第５レンズ群の最も物体側には、物体側面が凹面のメニスカスレンズが配置されている。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１１に示すとおりである。また、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、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、且つ、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レンズ群が移動する。また、変倍時において、第３レンズ群Ｇ３と第５レンズ群とが同一の軌跡で移動する。また、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、第４レンズ群Ｇ４が像面側に移動する。さらに、望遠端における手ぶれ補正状態での防振群ＶＣの光軸に対して垂直方向への移動量は０．１９６ｍｍである。

図１２〜図１４に、本実施例３のズームレンズの広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図をそれぞれ示す。図２０は望遠端における横収差図である。表７〜表９は具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデータであり、表１〜表３に示す数値データと同様であるため、各表に関する説明は省略する。

また、当該実施例３のズームレンズ系において、広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態におけるＦナンバー（ＦＮＯ．）、全系の焦点距離（ｆ）、半画角（Ｗ（°））は以下のとおりである。なお、下記式において、右側から順に広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における各数値をハイフン（−）を介して示している。

ＦＮＯ． ＝ ３．６０ − ５．１１ − ５．８０
ｆ ＝ ２４．７５ − ５４．９７ −１１６．３１
Ｗ ＝ ４２．０９ − ２０．８７ − １０．１８

次に、実施例４のズームレンズの光学系を図面を参照して説明する。図１６は、本実施例４のズームレンズのレンズ構成例を示す図である。実施例４のズームレンズは、実施例１のズームレンズと略同様の構成を有し、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を有し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りＳが配置されている。また、第３レンズ群は、両凸レンズと凹レンズとを接合した接合レンズから構成される防振群ＶＣを有し、第４レンズ群Ｇ４は像面側が凹面のメニスカス形状を呈する正レンズと負レンズとを接合した接合レンズから構成されており、第４レンズ群Ｇ４がフォーカス群Ｆとして機能する。さらに、第５レンズ群の最も物体側には、物体側面が凹面のメニスカスレンズが配置されている。なお、各レンズ群の具体的なレンズ構成は図１６に示すとおりである。また、広角端から望遠端にかけて変倍する際に、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、且つ、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レンズ群が移動する。また、変倍時において、第３レンズ群Ｇ３と第５レンズ群とが同一の軌跡で移動する。また、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、第４レンズ群Ｇ４が像面側に移動する。さらに、望遠端における手ぶれ補正状態での防振群ＶＣの光軸に対して垂直方向への移動量は０．４３８ｍｍである。

図１７〜図１９に、本実施例５のズームレンズの広角端状態、中間焦点距離状態及び望遠端状態における無限遠合焦時の球面収差、非点収差及び歪曲収差の縦収差図をそれぞれ示す。図２０は望遠端における横収差図である。表１０〜表１２は具体的数値を適用した数値実施例４のレンズデータであり、表１〜表３に示す数値データと同様であるため、各表に関する説明は省略する。
また、当該実施例４のズームレンズ系において、広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態におけるＦナンバー（ＦＮＯ．）、全系の焦点距離（ｆ）、半画角（Ｗ（°））は以下のとおりである。なお、下記式において、右側から順に広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における各数値をハイフン（−）を介して示している。

ＦＮＯ．＝ ３．６０ − ５．２７ − ６．４６
ｆ ＝ ２８．８８ − ９０．０３ −２９０．８４
Ｗ ＝ ３８．１６ − １３．０９ − ４．１７

表１３に、上記実施例１〜実施例４の各条件式（１）〜条件式（６）に記載の数式に対応する各数値を示す。

本件発明によれば、全体として小型で、ウォブリングによる撮影倍率の変化を小さく保ち、特にフォーカス群のレンズ系を軽量化してフォーカス駆動系の負荷を減少させ、防振レンズ系を小型・軽量化して防振駆動系の負荷も減少させる事が可能なズームレンズを提供することができる。

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
Ｆ・・・フォーカス群
ＶＣ・・・防振群
Ｓ・・・開口絞り

Claims (6)

1. 物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、及び、負の屈折力を有する第５レンズ群を備え、
   広角端から望遠端にかけて変倍する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が大きくなり、且つ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなるようにレンズ群が移動し、
   全レンズ群のうち、絞りよりも像面側に配置された負レンズ群をフォーカス群とし、当該フォーカス群は最像面側の面が像面に対して凹面であるメニスカス形状を呈した単一レンズブロックからなり、無限遠から近距離物体へのフォーカシングの際には、当該フォーカス群を像面側へ移動することによってフォーカスし、
   以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
   

   

   
   

   
2. 以下の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
   

   
3. 以下の条件式を満足する請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
   

   
4. 前記第３レンズ群は、単一レンズブロックからなる防振群を少なくとも備え、
   当該防振群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、手ぶれ補正を行い、
   以下の条件式を満足する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
   

   
5. 前記第５レンズ群は、最物体側面が物体側に対して凹面であるメニスカス形状の単一レンズブロックを少なくとも備え、
   当該メニスカス形状の単一レンズブロックは負の焦点距離を持ち、以下の条件式を満足する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
   

   
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のズームレンズと、その像面側に当該ズームレンズ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たことを特徴とする撮像装置。