JP2019040020A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比、小型化、軽量化、高性能が達成されたズームレンズ、及びこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群Ｇ２、負の第３レンズ群Ｇ３、負の第４レンズ群Ｇ４、正の第５レンズ群Ｇ５からなる。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は不動であり、その他のレンズ群は移動する。第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３に関する条件式：−１０＜ｆ１／ｆ３＜−３．５を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ、及び撮像装置に関し、より詳しくは、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、及び監視用カメラ等に好適なズームレンズ、並びにこのズームレンズを備えた撮像装置に関する。

従来、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラにおいて、５群構成のズームレンズが使用されている。例えば、下記特許文献１〜５には、上記カメラに使用可能であり、最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍時にレンズ系全長を不変としたタイプのズームレンズが記載されている。

特開２０１０−１９１３３４号公報 特開２００６−３４９９４７号公報 特開２０１７−５８５８９号公報 特開２０１６−１７３４８１号公報 特開２０１５−１６１６９５号公報

上記カメラに用いるズームレンズは、良好な性能を有しながら、小型化及び軽量化が図られており、さらには高い変倍比を有することも求められている。しかし、上記タイプのズームレンズは、変倍比を高くする際に最も物体側のレンズ群が大きく重くなる傾向がある。

特許文献１、２に記載の５群構成のズームレンズは、高い変倍比を有するものではない。特許文献３〜５に記載のズームレンズは、近年の要望に十分応えるためには、小型化及び軽量化を維持しつつ、さらに高い変倍比を有することが求められる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型化及び軽量化を図りつつ、高変倍比が達成され、良好な性能を有するズームレンズ、及びこの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。

上記課題を解決するために、本発明の第１のズームレンズは、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正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、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レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群及び第５レンズ群は像面に対して固定されており、第２レンズ群は像側へ移動し、第３レンズ群及び第４レンズ群は光軸方向に移動し、隣接するレンズ群の光軸方向の全間隔が変化し、無限遠物体に合焦した状態における、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第３レンズ群の焦点距離をｆ３とした場合、
−１０＜ｆ１／ｆ３＜−３．５ （１）
で表される条件式（１）を満足する。

本発明の第１のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましく、下記条件式（１−２）を満足することがより好ましい。
−８＜ｆ１／ｆ３＜−３．７ （１−１）
−６＜ｆ１／ｆ３＜−３．９ （１−２）

本発明の第２のズームレンズは、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正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、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レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群及び第５レンズ群は像面に対して固定されており、第２レンズ群は像側へ移動し、第３レンズ群及び第４レンズ群は光軸方向に移動し、隣接するレンズ群の光軸方向の全間隔が変化し、第１レンズ群の最も像側のレンズは正レンズであり、第１レンズ群の最も像側のレンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ１ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν１ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１ｐとした場合、
１．７＜Ｎ１ｐ＜１．９ （２）
４５＜ν１ｐ＜５８ （３）
０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６５ （４）
で表される条件式（２）、（３）、（４）全てを満足する。

本発明の第２のズームレンズにおいては、下記条件式（２−１）、（３−１）、（４−１）、（４−２）の少なくとも１つを満足することが好ましい。
１．７＜Ｎ１ｐ＜１．８５ （２−１）
４６＜ν１ｐ＜５６ （３−１）
０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−１）
０．６３５＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−２）

本発明の第１及び第２のズームレンズにおいては、無限遠物体に合焦した状態における、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．２＜ｆ１／ｆ２＜１ （５）
０．４＜ｆ１／ｆ２＜０．９ （５−１）

本発明の第１及び第２のズームレンズにおいては、第２レンズ群は物体側に凸面を向けた正レンズからなることが好ましい。

本発明の第１及び第２のズームレンズにおいては、第３レンズ群の物体側から１番目及び２番目のレンズは負レンズであり、第３レンズ群の物体側から１番目及び２番目のレンズの合成焦点距離をｆ３ａ、第３レンズ群の焦点距離をｆ３とした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
０．３＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６）
０．４＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６−１）

本発明の第１及び第２のズームレンズにおいては、第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第１ａサブレンズ群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｂサブレンズ群と、合焦時に第１ｂサブレンズ群と異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｃサブレンズ群とからなることが好ましい。

第１レンズ群が上記３つのサブレンズ群からなる場合、第１ａサブレンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、両凹レンズと、両凸レンズと、両凸レンズとからなることが好ましい。また、第１ｂサブレンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、両凸レンズとからなることが好ましい。第１ｃサブレンズ群は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなることが好ましい。

本発明の第１及び第２のズームレンズにおいては、第１レンズ群の像側から２番目のレンズは正レンズであり、第１レンズ群の像側から２番目のレンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ２ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν２ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ２ｐとした場合、下記条件式（７）、（８）、（９）全てを満足することが好ましく、下記条件式（７）、（８）、（９−１）全てを満足することがより好ましい。
１．４８＜Ｎ２ｐ＜１．６ （７）
６７＜ν２ｐ＜８３ （８）
０．６５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６８ （９）
０．６５５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６７５ （９−１）

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、実質的な意味で用いており、構成要素として挙げたもの以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、及びカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、及び手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

なお、上記の「正の屈折力を有する〜群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に、上記の「負の屈折力を有する〜群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。上記の「レンズ群」及び「サブレンズ群」は、必ずしも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。上記の屈折力の符号、及びレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。上記条件式は全て、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ（ナノメートル））を基準としたものである。

なお、あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））、及びＣ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、及びＮＣとしたとき、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義されるものである。

本発明によれば、５群構成のズームレンズにおいて、各レンズ群の屈折力の符号、各レンズ群の変倍時の挙動を好適に設定し、所定の条件式を満足することによって、小型化及び軽量化を図りつつ、高変倍比が達成され、良好な性能を有するズームレンズ、及びこの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。

本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間焦点距離状態、及び望遠端におけるレンズ構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例６のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例７のズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本発明の実施例１のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例２のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例３のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例４のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例５のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例６のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例７のズームレンズの各収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

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に本発明の一実施形態に係るズームレンズの広角端における断面図を示し、図２にこのズームレンズの各状態における断面図を光路も併せて示す。図１及び図２に示す例は後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１及び図２では、紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、いずれも無限遠物体に合焦した状態を示している。

図２では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端状態を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に中間焦点距離状態を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端状態を示している。また、図２では、光束として、広角端状態における軸上光束ｗａ及び最大画角の光束ｗｂ、中間焦点距離状態における軸上光束ｍａ及び最大画角の光束ｍｂ、望遠端状態における軸上光束ｔａ及び最大画角の光束ｔｂを示している。

また、図１及び図２ではズームレンズと像面Ｓｉｍとの間に、入射面と出射面が平行の光学部材ＰＰが配置された例を示している。光学部材ＰＰは、各種フィルタ、プリズム、カバーガラス等を想定した部材である。図１及び図２の光学部材ＰＰは３つの部材からなるが、光学部材ＰＰを構成する部材の数は図１のものに限定されないし、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

本実施形態のズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正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、負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とからなる。広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２は像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に移動し、隣接するレンズ群の光軸方向の全間隔が変化するように構成される。以上が本実施形態のズームレンズの基本構成である。なお、図１では、変倍時に移動する各レンズ群の下に広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を模式的に矢印で示している。

最も物体側の第１レンズ群Ｇ１を正レンズ群とすることによって、レンズ系全長の短縮が可能となり、小型化に有利となる。また、最も像側の第５レンズ群Ｇ５を正レンズ群とすることによって、軸外光線の主光線が像面Ｓｉｍへ入射する入射角が大きくなるのを抑制でき、シェーディングを抑制可能である。

第２レンズ群Ｇ２を正の屈折力を有し、変倍時に物体側から像側へ移動する移動群とすることによって、望遠側での第２レンズ群Ｇ２の有効径を抑制することができ、第２レンズ群Ｇ２の外径を抑制可能なため、小型軽量化が可能となる。

第３レンズ群Ｇ３は主要な変倍作用を担うことができる。この第３レンズ群Ｇ３と変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１との間に正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を配設して変倍の際に第２レンズ群Ｇ２を物体側から像側に移動させることによって、高変倍比を確保しつつ、変倍時の球面収差の変化を抑制することができる。

第４レンズ群Ｇ４によって変倍時の像面位置のずれを補正することができる。また、第４レンズ群Ｇ４を負レンズ群とすることによって、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４を協働させながら変倍動作を行うことが可能なため、変倍時の諸収差の変動を抑制可能となり、高変倍化に有利となる。

図１の例では、第１レンズ群Ｇ１は６枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は１枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は６枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は２枚のレンズからなり、第５レンズ群Ｇ５は開口絞りＳｔと９枚のレンズからなる。

このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とした場合、下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍時の収差変動を抑制することに有利となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなり過ぎないため、望遠端における球面収差、及び軸上色収差等の補正が容易になる。また、条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が長くなり過ぎないため、変倍に伴う第３レンズ群Ｇ３の移動量を抑制でき、高変倍比と小型軽量を両立することが容易となる。なお、下記条件式（１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（１−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
−１０＜ｆ１／ｆ３＜−３．５ （１）
−８＜ｆ１／ｆ３＜−３．７ （１−１）
−６＜ｆ１／ｆ３＜−３．９ （１−２）

また、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズを正レンズとし、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の正レンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ１ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν１ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１ｐとした場合、下記条件式（２）、（３）、（４）全てを満足することが好ましい。条件式（２）、（３）、（４）全てを満足する材料を選択することによって、望遠側の１次と２次の軸上色収差と球面収差を良好に補正でき、また、広角側の倍率色収差を良好に補正できるので、高変倍化に有利となる。なお、条件式（２）に代えて下記条件式（２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（３）に代えて下記条件式（３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（４）に代えて下記条件式（４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、条件式（４）に代えて下記条件式（４−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
１．７＜Ｎ１ｐ＜１．９ （２）
４５＜ν１ｐ＜５８ （３）
０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６５ （４）
１．７＜Ｎ１ｐ＜１．８５ （２−１）
４６＜ν１ｐ＜５６ （３−１）
０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−１）
０．６３５＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−２）

また、無限遠物体に合焦した状態における、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、望遠側での第２レンズ群Ｇ２の有効径を抑制することができ、第２レンズ群Ｇ２の外径を抑制可能なため、小型軽量化が可能となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなり過ぎないため、広角端における、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成光学系の主点位置が像側に寄りすぎることがなく、レンズ系全長の抑制に貢献できる。なお、下記条件式（５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．２＜ｆ１／ｆ２＜１ （５）
０．４＜ｆ１／ｆ２＜０．９ （５−１）

第２レンズ群Ｇ２は物体側に凸面を向けた１枚の正レンズからなるように構成することができる。このようにした場合は、広角端での歪曲収差の補正を良好に行うことができ、また、望遠端での球面収差の発生を抑制することができる。

第３レンズ群Ｇ３の物体側から１番目及び２番目のレンズは負レンズであるように構成することができる。このようにした場合は、第３レンズ群Ｇ３内の物体側の位置に負の屈折力を配置することによって、高変倍化を図りながら広角端での歪曲収差を補正し、広角に構成することに有利となる。

第３レンズ群Ｇ３の物体側から１番目及び２番目のレンズを負レンズとし、第３レンズ群Ｇ３の物体側から１番目及び２番目のレンズの合成焦点距離をｆ３ａ、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、２枚の負レンズの屈折力が強くなり過ぎないため、望遠端における高次の球面収差の発生を抑制することができる。なお、「高次」とは５次以上を意味する。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、２枚の負レンズの屈折力が弱くなり過ぎないため、広角端における歪曲収差、及び非点収差の補正が容易となり、高変倍化が容易となる。なお、下記条件式（６−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６）
０．４＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６−１）

合焦に関しては、第１レンズ群Ｇ１内の一部のレンズを合焦用レンズとして移動させることにより合焦が行われるように構成することができる。例えば、図１の例のように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、合焦時に像面Ｓｉｍに対して固定されている負の屈折力を有する第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと、合焦時に第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃとからなるように構成することができる。すなわち、図１の例では、合焦時に第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃとが相互間隔を異ならせて物体側へ移動するフローティングフォーカス方式を採っている。上記構成とすることによって、合焦による球面収差、及び軸上色収差の変動を低減することができる。なお、図１の第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃの下に示した水平方向の矢印は、これら２つのサブレンズ群が合焦時に移動することを意味する。

第１レンズ群Ｇ１が上記の３つのサブレンズ群からなる場合、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から像側へ向かって順に、両凹レンズと、両凸レンズと、両凸レンズとからなるように構成することができる。このようにした場合は、第１ａサブレンズ群Ｇ１ａの最も物体側に両凹レンズを配置することによって、望遠側の高次の球面収差の発生を抑制することができる。そして、この両凹レンズの像側に両凸レンズを配置することによって広角端での歪曲収差を補正することができる。

第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、両凸レンズとからなるように構成することができる。このようにした場合は、合焦時の球面収差の変動を抑制することができる。

第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなるように構成することができる。このようにした場合は、小型化を図りつつ、望遠端の球面収差の発生を抑制することができる。

なお、第１レンズ群Ｇ１の像側から２番目のレンズを正レンズとし、第１レンズ群Ｇ１の像側から２番目のレンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ２ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν２ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ２ｐとした場合、下記条件式（７）、（８）、（９）全てを満足することが好ましい。条件式（７）、（８）、（９）全てを満足する材料を選択することによって、望遠側の１次と２次の軸上色収差と球面収差を良好に補正でき、また、広角側の倍率色収差を良好に補正できるので、高変倍化に有利となる。なお、条件式（９）に代えて下記条件式（９−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１．４８＜Ｎ２ｐ＜１．６ （７）
６７＜ν２ｐ＜８３ （８）
０．６５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６８ （９）
０．６５５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６７５ （９−１）

特に、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズを正レンズとし、この正レンズが条件式（２）、（３）、（４）全てを満足し、第１レンズ群Ｇ１の像側から２番目のレンズを正レンズとし、この正レンズが条件式（７）、（８）、（９）全てを満足する場合は、望遠側の１次と２次の軸上色収差と球面収差の補正、広角側の倍率色収差の補正をより良好に行うことができ、より高変倍化に有利となる。

第４レンズ群Ｇ４は、図１の例のように、物体側から像側へ向かって順に、負レンズと、正レンズとからなるように構成してもよい。本実施形態のようなズームレンズでは第４レンズ群Ｇ４は発散光の途中に配置することになりがちなため、この順番で配置した場合は、球面収差及び非点収差の発生を抑制することができる。その際に、第４レンズ群Ｇ４が、物体側から像側へ向かって順に、両凹レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとからなるように構成した場合は、球面収差及び非点収差の発生をより良好に抑制することができる。また、変倍時に移動する第４レンズ群Ｇ４を負レンズ及び正レンズからなる２枚構成とすることによって、良好な収差補正と軽量化を両立させることに有利となる。

上述した好ましい構成及び可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、小型化及び軽量化を図りつつ、高変倍比が達成され、諸収差が良好に補正されて良好な性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「高変倍比」とは２０倍以上の変倍比を意味する。

次に、上述した条件式を考慮した２つの好ましい構成例と、その効果について述べる。第１の構成例は、上述した本実施形態のズームレンズの基本構成を有し、条件式（１）を満足するものである。第１の構成例によれば、高変倍比と小型化の両立、軽量化、諸収差の良好な補正、変倍時の収差変動の抑制に有利な構成が得られる。

第２の構成例は、上述した本実施形態のズームレンズの基本構成を有し、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズが正レンズであり、この正レンズが条件式（２）、（３）、（４）を満足するものである。第２の構成例によれば、高変倍比、小型化、軽量化、変倍時の収差変動の抑制、諸収差の良好な補正、特に２次スペクトルの良好な補正に有利な構成が得られる。

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］
実施例１のズームレンズの断面図は図１及び図２に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１のズームレンズは、上述した本実施形態のズームレンズの基本構成を有する。第１レンズ群Ｇ１は６枚の単レンズからなる。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、合焦時に像面Ｓｉｍに対して固定されている負の屈折力を有する第１ａサブレンズ群Ｇ１ａと、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと、無限遠物体から近距離物体への合焦時に第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂと異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃとからなる。第１ａサブレンズ群Ｇ１ａは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から１〜３番目のレンズである３枚のレンズからなる。第１ｂサブレンズ群Ｇ１ｂは、第１レンズ群Ｇ１の物体側から４〜５番目のレンズである２枚のレンズからなる。第１ｃサブレンズ群Ｇ１ｃは、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の１枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は物体側に凸面を向けた１枚の正レンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ向かって順に、２枚の負レンズと、２組の接合レンズとからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズと正レンズが接合された１組の接合レンズからなる。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から像側へ向かって順に、開口絞りＳｔと、９枚のレンズとからなる。以上が実施例１のズームレンズの概要である。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に示す。表１において、面番号の欄には最も物体側の面を第１面とし像側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示し、θｇＦの欄には各構成要素のｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））とＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））間の部分分散比を示す。

表１では、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔ及び光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１のＤの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。表１では変倍時の可変面間隔については、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤの欄に記入している。

表２に、変倍比Ｚｒ、焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、及び可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端状態、中間焦点距離状態、及び望遠端状態の各値をそれぞれＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、及びＴＥＬＥと表記した欄に示している。表１と表２の値は、無限遠物体に合焦した状態のものである。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、非球面の面番号と各非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ×Ｃ^２×ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×ｈ^ｍ
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
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図９に左から順に、実施例１のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図９では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差を示す。図９ではＷＩＤＥと付した上段に広角端状態のものを示し、ＭＩＤＤＬＥと付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））、及びｇ線（波長４３５．８ｎｍ（ナノメートル））における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、及び灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、及びｇ線における収差をそれぞれ長破線、短破線、及び灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、及び記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２のズームレンズの断面図を図３に示す。実施例２のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表４に、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１０に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズの断面図を図４に示す。実施例３のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例３のズームレンズの基本レンズデータを表７に、諸元と可変面間隔を表８に、非球面係数を表９に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１１に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズの断面図を図５に示す。実施例４のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表１０に、諸元と可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１２に示す。

［実施例５］
実施例５のズームレンズの断面図を図６に示す。実施例５のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例５のズームレンズの基本レンズデータを表１３に、諸元と可変面間隔を表１４に、非球面係数を表１５に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１３に示す。

［実施例６］
実施例６のズームレンズの断面図を図７に示す。実施例６のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例６のズームレンズの基本レンズデータを表１６に、諸元と可変面間隔を表１７に、非球面係数を表１８に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１４に示す。

［実施例７］
実施例７のズームレンズの断面図を図８に示す。実施例７のズームレンズは実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例７のズームレンズの基本レンズデータを表１９に、諸元と可変面間隔を表２０に、非球面係数を表２１に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１５に示す。

表２２に実施例１〜７のズームレンズの条件式（１）〜（９）の対応値を示す。実施例１〜７はｄ線を基準波長としている。表２２にはｄ線基準での値を示す。

以上のデータからわかるように、実施例１〜７のズームレンズは、小型で軽量に構成されながら、変倍比が２３以上あり高変倍比が達成され、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１６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係るズームレンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、及び監視用カメラ等を挙げることができる。

撮像装置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フィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図１６では、ズームレンズ１が備える第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５を概略的に図示している。

撮像素子３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）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子３は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

撮像装置１０はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、ズームレンズ１の変倍を制御するズーム制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御するフォーカス制御部８とを備える。なお、図１６では１つの撮像素子３のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。

以上、実施形態及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及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、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。

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ ズーム制御部
８ フォーカス制御部
１０ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１ａ 第１ａサブレンズ群
Ｇ１ｂ 第１ｂサブレンズ群
Ｇ１ｃ 第１ｃサブレンズ群
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
ｍａ、ｔａ、ｗａ 軸上光速
ｍｂ、ｔｂ、ｗｂ 最大画角の光束
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (20)

1. 物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正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、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レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群及び前記第５レンズ群は像面に対して固定されており、前記第２レンズ群は像側へ移動し、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群は光軸方向に移動し、隣接するレンズ群の光軸方向の全間隔が変化し、
   無限遠物体に合焦した状態における、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とした場合、
   −１０＜ｆ１／ｆ３＜−３．５ （１）
   で表される条件式（１）を満足するズームレンズ。
2. 物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正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、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レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群及び前記第５レンズ群は像面に対して固定されており、前記第２レンズ群は像側へ移動し、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群は光軸方向に移動し、隣接するレンズ群の光軸方向の全間隔が変化し、
   前記第１レンズ群の最も像側のレンズは正レンズであり、
   前記第１レンズ群の前記最も像側のレンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ１ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν１ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１ｐとした場合、
   １．７＜Ｎ１ｐ＜１．９ （２）
   ４５＜ν１ｐ＜５８ （３）
   ０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６５ （４）
   で表される条件式（２）、（３）、（４）全てを満足するズームレンズ。
3. 無限遠物体に合焦した状態における、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とした場合、
   ０．２＜ｆ１／ｆ２＜１ （５）
   で表される条件式（５）を満足する請求項１又は２記載のズームレンズ。
4. 前記第２レンズ群は物体側に凸面を向けた正レンズからなる請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 前記第３レンズ群の物体側から１番目及び２番目のレンズは負レンズであり、
   前記第３レンズ群の物体側から１番目及び２番目のレンズの合成焦点距離をｆ３ａ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とした場合、
   ０．３＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第１ａサブレンズ群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｂサブレンズ群と、合焦時に該第１ｂサブレンズ群と異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第１ｃサブレンズ群とからなる請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. 前記第１ａサブレンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、両凹レンズと、両凸レンズと、両凸レンズとからなる請求項６記載のズームレンズ。
8. 前記第１ｂサブレンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面を向けた正レンズと、両凸レンズとからなる請求項６又は７記載のズームレンズ。
9. 前記第１ｃサブレンズ群は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる請求項６から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 前記第１レンズ群の像側から２番目のレンズは正レンズであり、
    前記第１レンズ群の前記像側から２番目のレンズについて、ｄ線に対する屈折率をＮ２ｐ、ｄ線基準のアッベ数をν２ｐ、ｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ２ｐとした場合、
    １．４８＜Ｎ２ｐ＜１．６ （７）
    ６７＜ν２ｐ＜８３ （８）
    ０．６５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６８ （９）
    で表される条件式（７）、（８）、（９）全てを満足する請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
11. −８＜ｆ１／ｆ３＜−３．７ （１−１）
    で表される条件式（１−１）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
12. −６＜ｆ１／ｆ３＜−３．９ （１−２）
    で表される条件式（１−２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
13. １．７＜Ｎ１ｐ＜１．８５ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
14. ４６＜ν１ｐ＜５６ （３−１）
    で表される条件式（３−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
15. ０．６３＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−１）
    で表される条件式（４−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
16. ０．６３５＜θｇＦ１ｐ＋０．００１６２５×ν１ｐ＜０．６４５ （４−２）
    で表される条件式（４−２）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
17. ０．４＜ｆ１／ｆ２＜０．９ （５−１）
    で表される条件式（５−１）を満足する請求項３記載のズームレンズ。
18. ０．４＜ｆ３ａ／ｆ３＜０．７ （６−１）
    で表される条件式（６−１）を満足する請求項５記載のズームレンズ。
19. ０．６５５＜θｇＦ２ｐ＋０．００１６２５×ν２ｐ＜０．６７５ （９−１）
    で表される条件式（９−１）を満足する請求項１０記載のズームレンズ。
20. 請求項１から１９のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。