JP2021047380A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およ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、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、正の第５レンズ群からなる。変倍の際に、第１レンズ群および第５レンズ群は不動であり、第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とは移動する。第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、５枚の正レンズとからなる。第１レンズ群の負レンズの屈折率、アッベ数、部分分散比に関する予め定められた条件式を満足する。【選択図】図１

Description

本開示の技術は、ズームレンズ、および撮像装置に関する。

従来、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、およびデジタルカメラ等に使用可能なレンズ系として、変倍の際に相互間隔が変化する複数のレンズ群からなるズームレンズが提案されている。

例えば、下記特許文献１には、物体側から像側へ順に、変倍のためには移動せず合焦に際して移動する正の屈折力を有する第１レンズ群、広角端から望遠端への変倍に際して像側に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群、および最も像側に配置され変倍のためには移動しないリレーレンズ群を有するズームレンズが記載されている。下記特許文献２には、物体側から像側へ順に、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して像側へ移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際して移動するレンズ群、開口絞り、およびズーミングのためには不動のレンズ群から構成されたズームレンズが記載されている。

特開２０１８−１１６１８２号公報 特開２０１７−２１５４０６号公報

本開示の技術に係る一つの実施形態は、小型化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。

本開示の技術の一態様に係るズームレンズは、物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、５枚の正レンズとからなり、第１レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１、第１レンズ群の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄ１、第１レンズ群の負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１とした場合、下記条件式（１）、（２）、および（３）を満足する。
１．８＜Ｎｄ１＜１．８５ （１）
３８＜νｄ１＜４６ （２）
０．５５＜θｇＦ１＜０．５８ （３）

上記態様のズームレンズは、さらに下記条件式（１−１）、（２−１）、および（３−１）の少なくとも１つを満足することが好ましい。
１．８１＜Ｎｄ１＜１．８５ （１−１）
４０＜νｄ１＜４５ （２−１）
０．５５＜θｇＦ１＜０．５７ （３−１）

第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、第２レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をνｄ２ｐとした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
６５＜νｄ２ｐ＜１１０ （４）
７０＜νｄ２ｐ＜１０６ （４−１）

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ｆＧ１、第１レンズ群の負レンズの焦点距離をｆＬ１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。
−０．９＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５）
−０．８＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５−１）

第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、合焦の際に像面に対して固定されている第１ａレンズ群と、合焦の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、合焦の際に第１ｂレンズ群との相互間隔を変化させて光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第１ｃレンズ群とからなることが好ましい。その場合、第１ａレンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、２枚の正レンズとからなり、第１ｂレンズ群は、２枚の正レンズからなり、第１ｃレンズ群は、１枚の正レンズからなることが好ましい。また、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ｆＧ１、第１ａレンズ群の焦点距離をｆＧ１ａ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。
−０．０３５＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０４５ （６）
−０．０２＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０２ （６−１）

無限遠物体に合焦した状態における広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群および第４レンズ群を合成してなる第３４合成レンズ群と、第２レンズ群とは、それぞれの横倍率が−１倍の点を同時に通り、第３レンズ群は常に物体側に移動することが好ましい。その場合、無限遠物体に合焦した状態において、第３４合成レンズ群の望遠端での焦点距離をｆＧ３４ｔ、第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましく、下記条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
−４＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３ （７）
−３．６＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３．１ （７−１）

無限遠物体に合焦した状態において、第３レンズ群の焦点距離をｆＧ３、第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（８）を満足することが好ましく、下記条件式（８−１）を満足することがより好ましい。
−１０＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−４ （８）
−９＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−５ （８−１）

無限遠物体に合焦した状態において、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１、第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（９）を満足することが好ましい。
−１２＜ｆＧ１／ｆＧ２＜−８ （９）

第５レンズ群は、像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振群を備えていることが好ましい。

本開示の技術の別の態様に係る撮像装置は、本開示の上記態様のズームレンズを備えている。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およ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、およ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、本明細書の「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「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。「正の屈折力を有するレンズ」と「正レンズ」とは同義である。「負の屈折力を有するレンズ」と「負レンズ」とは同義である。「〜レンズ群」および「防振群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、１枚のみのレンズからなる構成としてもよい。

複合非球面レンズ（球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として１つの非球面レンズとして機能するレンズ）は、接合レンズとは見なさず、１枚のレンズとして扱う。非球面を含むレンズに関する、屈折力の符号、および面形状は、特に断りが無い限り、近軸領域で考えることにする。

条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、部分分散比以外、無限遠物体に合焦した状態において、ｄ線を基準とした場合の値である。あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線、Ｆ線、およびＣ線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、およびＮＣとした場合に、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義される。本明細書に記載の「ｄ線」、「Ｃ線」、「Ｆ線」、および「ｇ線」は輝線であり、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍ（ナノメートル）である。

本開示の実施例１のズームレンズに対応し、本開示の一実施形態に係るズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 図１に示すズームレンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例１のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例２のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例２のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例３のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例３のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例４のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例４のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例５のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例５のズームレンズの各収差図である。 本開示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、本開示の技術に係る実施形態の一例について図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るズームレンズの広角端における構成を示す断面図と移動軌跡を示す図である。図２は、このズームレンズの構成と光束を示す断面図である。図１および図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の断面図および図２では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側である。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す。図２では、光束として、広角端状態における軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂ、中間焦点距離状態における軸上光束ｍａおよび最大画角の光束ｍｂ、望遠端状態における軸上光束ｔａおよび最大画角の光束ｔｂを示す。以下では主に図１を参照しながら本開示の一実施形態に係るズームレンズについて説明する。

図１では、ズームレンズが撮像装置に適用されることを想定して、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、カバーガラス、およびプリズム等を想定した部材である。各種フィルタとは例えば、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、および特定の波長域をカットするフィルタ等である。光学部材ＰＰは屈折力を有しない部材であり、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

ズームレンズは、光軸Ｚに沿って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Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正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とからなる。変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１および第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と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とは、光軸Ｚに沿って移動し、隣り合うレンズ群の間隔は全て変化する。最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍の際に間隔が変化する５つのレンズ群からなり、上記のように構成することによって、小型化および高倍率化の両立に有利な構成となる。また、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５とを変倍の際に固定されている構成とすることによって、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離が変倍の際に変化せず、レンズ系の重心の変動を小さくすることができるため、撮影の際の利便性を高めることができる。

図１では、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４の下にそれぞれ、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実線の矢印で示している。また、図１では移動軌跡の始点および終点それぞれに対応する広角端および望遠端をそれぞれ「ＷＩＤＥ」および「ＴＥＬＥ」で示している。

図１の例の各レンズ群は以下に述べるレンズから構成されている。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、レンズＬ１１〜Ｌ１６の６枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ順に、レンズＬ２１〜Ｌ２７の７枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ順に、レンズＬ３１〜Ｌ３３の３枚のレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へ順に、レンズＬ４１〜Ｌ４４の４枚のレンズからなる。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から像側へ順に、開口絞りＳｔと、レンズＬ５１〜Ｌ６３の１３枚のレンズからなる。図１の開口絞りＳｔは形状を示しているのではなく、光軸方向の位置を示している。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、５枚の正レンズとからなるように構成される。最も物体側に負レンズを配置することによって広角化に有利となる。１次の色収差を抑制するためには負正それぞれの屈折力を強くする必要があるが、そうすると球面収差が多く発生してしまう。そこで、第１レンズ群Ｇ１が５枚の正レンズを含むように構成することによって正の屈折力を分割し、球面収差の発生を抑制することができる。

第１レンズ群Ｇ１の負レンズは以下に述べるように材料が選択される。第１レンズ群Ｇ１の負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１とした場合、下記条件式（１）を満足するように構成される。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、歪曲収差の抑制に有利となる。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、ｇ線とＦ線間の部分分散比の小さな材料を選択しやすくなり、２次色収差の抑制に有利となる。さらに下記条件式（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。
１．８＜Ｎｄ１＜１．８５ （１）
１．８１＜Ｎｄ１＜１．８５ （１−１）
１．８１＜Ｎｄ１＜１．８４ （１−２）

第１レンズ群Ｇ１の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄ１とした場合、下記条件式（２）を満足するように構成される。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、ｇ線とＦ線間の部分分散比の小さな材料を選択しやすくなり、２次色収差の抑制に有利となる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、１次色収差の抑制に有利となる。さらに下記条件式（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、下記条件式（２−２）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。
３８＜νｄ１＜４６ （２）
４０＜νｄ１＜４５ （２−１）
４２＜νｄ１＜４４ （２−２）

第１レンズ群Ｇ１の負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１とした場合、下記条件式（３）を満足するように構成される。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、ｄ線基準のアッベ数の小さな材料を選択しやすくなり、１次色収差の抑制に有利となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、２次色収差の抑制に有利となる。さらに下記条件式（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、下記条件式（３−２）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。
０．５５＜θｇＦ１＜０．５８ （３）
０．５５＜θｇＦ１＜０．５７ （３−１）
０．５６＜θｇＦ１＜０．５７ （３−２）

次に、本開示の技術に係るズームレンズの好ましい構成について述べる。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ｆＧ１、第１レンズ群Ｇ１の負レンズの焦点距離をｆＬ１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、第１レンズ群Ｇ１の負レンズの屈折力が強くなり過ぎないため、広角端の負の歪曲収差の抑制に有利となる。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１レンズ群Ｇ１の負レンズの屈折力が弱くなり過ぎないため、軸上色収差の補正および球面収差の補正に有利となる。さらに下記条件式（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、下記条件式（５−２）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。
−０．９＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５）
−０．８＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５−１）
−０．７５＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５−２）

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、合焦の際に像面Ｓｉｍに対して固定されている第１ａレンズ群Ｇ１ａと、合焦の際に光軸Ｚに沿って移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群Ｇ１ｂと、合焦の際に第１ｂレンズ群Ｇ１ｂとの相互間隔を変化させて光軸Ｚに沿って移動する正の屈折力を有する第１ｃレンズ群Ｇ１ｃとからなるように構成することが好ましい。このように構成することによって、合焦の際の望遠側の球面収差の変動を低減することが容易となる。

一例として、図１のズームレンズでは、第１ａレンズ群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１４〜Ｌ１５からなり、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１６からなる。図１の第１ｂレンズ群Ｇ１ｂおよび第１ｃレンズ群Ｇ１ｃそれぞれの下に記入された水平方向の両矢印は、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂおよび第１ｃレンズ群Ｇ１ｃが合焦の際に移動するレンズ群（以下、フォーカスレンズ群という）であることを示す。

図１に示すように、第１ａレンズ群Ｇ１ａは物体側から像側へ順に１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなり、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂは２枚の正レンズからなり、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃは１枚の正レンズからなるように構成することが好ましい。このようにした場合は、第１ａレンズ群Ｇ１ａの最も物体側に負レンズを配置することによって、この負レンズから像側へ向かう主光線が光軸Ｚとなす角度をより小さくできるので広角化に有利となる。また、この負レンズに連続して正レンズを配置することによって、第１ａレンズ群Ｇ１ａの残存収差を抑制し、物体距離の変動に伴う望遠側の球面収差の変動を抑制することに有利となる。さらに、第１ａレンズ群Ｇ１ａが含む正レンズを２枚とすることによって上記効果を高めることができる。

第１ｂレンズ群Ｇ１ｂおよび第１ｃレンズ群Ｇ１ｃについては、フォーカスレンズ群が有する正の屈折力を第１ｂレンズ群Ｇ１ｂおよび第１ｃレンズ群Ｇ１ｃの計３枚の正レンズで分割することによって、合焦の際の望遠側の球面収差の変動をより低減することができる。また、フォーカスレンズ群の正の屈折力を分割する正レンズの枚数を３枚とすることによって、この枚数を４枚以上にした場合に比べて、第１レンズ群Ｇ１の有効径をより小さくすることができる。３枚の正レンズのうち、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂに２枚の正レンズ、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃに１枚の正レンズとなるように配分することによって、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂの屈折力を第１ｃレンズ群Ｇ１ｃの屈折力よりも強くすることができる。これによって、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂに主な合焦作用を持たせ、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃに像面湾曲の補正作用を持たせることができる。

第１レンズ群Ｇ１が、上記の第１ａレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂと、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃとからなる構成において、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ｆＧ１、第１ａレンズ群Ｇ１ａの焦点距離をｆＧ１ａ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）を満足することによって、合焦の際の望遠端の球面収差の変動を抑制することに有利となる。さらに下記条件式（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、下記条件式（６−２）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。
−０．０３５＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０４５ （６）
−０．０２＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０２ （６−１）
−０．００６＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．００３ （６−２）

無限遠物体に合焦した状態において、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（９）を満足することが好ましい。条件式（９）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が弱くなり過ぎないため、第１レンズ群Ｇ１はより物体側に像点を形成することができる。通常、第２レンズ群Ｇ２のズームストローク（変倍の際の移動範囲）は、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の面から第１レンズ群Ｇ１が形成する像点までの範囲内にあるように設定されるので、条件式（９）の下限以下とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２のズームストロークの長大化を抑制することができる。これによって、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。あるいは、条件式（９）の下限以下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、変倍の際の球面収差等の諸収差の変動を抑制することに有利となる。条件式（９）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、第１レンズ群Ｇ１はより像側に像点を形成することができるので、第２レンズ群Ｇ２のズームストロークが短くなり過ぎることがない。これによって、光線の曲がりを緩やかにできるので、高倍率化および高性能化の両立が容易になる。あるいは、条件式（９）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の屈折力が弱くなり過ぎないため、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。さらに下記条件式（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、下記条件式（９−２）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。
−１２＜ｆＧ１／ｆＧ２＜−８ （９）
−１１＜ｆＧ１／ｆＧ２＜−９ （９−１）
−１０．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜−９．５ （９−２）

第２レンズ群Ｇ２は少なくとも１枚の正レンズを含み、第２レンズ群Ｇ２に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をνｄ２ｐとした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１によって広角端でプラス側に発生する短波長の倍率色収差を、第２レンズ群Ｇ２によって補正することができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、ｄ線基準のアッベ数がνｄ２ｐとなる第２レンズ群Ｇ２の正レンズの屈折率が低くなり過ぎないため、この正レンズの曲率の絶対値が大きくなり過ぎることがなく、したがって厚みが厚くなるのを抑制することができる。これによって、ズームストロークの確保に有利となるので、高倍率化に有利となる。さらに下記条件式（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、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。
６５＜νｄ２ｐ＜１１０ （４）
７０＜νｄ２ｐ＜１０６ （４−１）
８０＜νｄ２ｐ＜１０３ （４−２）

第３レンズ群Ｇ３は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの２枚のレンズが接合された接合レンズとからなるように構成することが好ましい。いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの２枚のレンズが接合された接合レンズは、物体側から順に正レンズと負レンズとが接合された接合レンズでもよく、物体側から順に負レンズと正レンズとが接合された接合レンズでもよい。第３レンズ群Ｇ３がこのような接合レンズを有することによって、変倍の際の軸上色収差の変動を良好に抑制することができる。また、第３レンズ群Ｇ３を３枚構成にすることによって、省スペース化してズームストロークを確保することができるので、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。

無限遠物体に合焦した状態において、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆＧ３、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）の下限以下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、変倍の際の球面収差等の諸収差の変動を抑制することに有利となる。あるいは、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり過ぎないため、第３レンズ群Ｇ３のズームストロークの増加を抑制でき、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。条件式（８）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の屈折力が弱くなり過ぎないため、第２レンズ群Ｇ２のズームストロークの増加を抑制でき、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。あるいは、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の諸収差の変動を抑制することに有利となる。さらに下記条件式（８−１）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（８−２）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＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−４ （８）
−９＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−５ （８−１）
−８＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−６ （８−２）

無限遠物体に合焦した状態における広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を合成してなる第３４合成レンズ群と、第２レンズ群Ｇ２とは、それぞれの横倍率が−１倍の点を同時に通り、第３レンズ群Ｇ３は常に物体側に移動することが好ましい。このようにした場合は、第３４合成レンズ群の変倍効率が高いため、高倍率化に適したズームレンズとなる。図１の移動軌跡の図では、第３４合成レンズ群の横倍率、および第２移動レンズ群の横倍率が−１倍になるズーム位置を「β＝−１」で示している。

第３４合成レンズ群と第２レンズ群Ｇ２とがそれぞれの横倍率が−１倍の点を同時に通る構成において、無限遠物体に合焦した状態での、第３４合成レンズ群の望遠端での焦点距離をｆＧ３４ｔ、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の下限以下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、変倍の際の球面収差等の諸収差の変動を抑制することに有利となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、第３４合成レンズ群の屈折力が強くなり過ぎないため、望遠端での球面収差の悪化を抑制することに有利となる。さらに下記条件式（７−１）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（７−２）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。
−４＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３ （７）
−３．６＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３．１ （７−１）
−３．３＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３．１ （７−２）

第５レンズ群Ｇ５の最も物体側には開口絞りＳｔが配置されていることが好ましい。このようにした場合は、第５レンズ群Ｇ５の最も物体側よりも像側に開口絞りＳｔが配置された場合に比べて、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズの有効径を小径化することが容易になる。

第５レンズ群Ｇ５は、像ぶれ補正の際に光軸Ｚと交差する方向に移動する防振群を備えていることが好ましい。変倍の際に不動の第５レンズ群Ｇ５は変倍の際に主光線の通り方が不変のため、第５レンズ群Ｇ５が防振群を備えることによって、ズーム全域で像ぶれ補正の性能を良好に確保することができる。図１の例では、防振群はレンズＬ５１〜Ｌ５３の３枚のレンズからなる。図１のレンズＬ５１〜Ｌ５３の下に記入された鉛直方向の両矢印は、レンズＬ５１〜Ｌ５３が防振群であることを示す。

第５レンズ群Ｇ５の最も物体側に開口絞りＳｔが配置され、防振群が第５レンズ群Ｇ５の最も物体側のレンズ群であるように構成することが好ましい。このようにした場合は、軸上光束の外縁光線の高さと軸外光束の外縁光線の高さが近くなるため、画角ゼロから高画角まで像ぶれ補正の際の収差変動を均一性高く抑えることができる。

なお、図１に示す例は一例であり、各レンズ群を構成するレンズの枚数は、図１に示す例と異なる枚数とすることも可能である。

上述した好ましい構成および可能な構成は、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。本開示の技術によれば、小型化および高倍率化を達成し、良好な光学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「高倍率」とは、ズームの倍率が１００倍以上であることを意味する。

次に、本開示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のズームレンズの構成と移動軌跡は図１に示しており、その図示方法と構成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、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Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正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とからなる。変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５とは像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Ｚに沿って移動する。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、第１ａレンズ群Ｇ１ａと、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂと、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃとからなる。合焦の際に、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂおよび第１ｃレンズ群Ｇ１ｃは相互間隔を変化させて光軸Ｚに沿って移動し、その他のレンズ群は全て像面Ｓｉｍに対して固定されている。第１ａレンズ群Ｇ１ａは３枚のレンズからなり、第１ｂレンズ群Ｇ１ｂは２枚のレンズからなり、第１ｃレンズ群Ｇ１ｃは１枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は７枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は３枚のレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は４枚のレンズからなる。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から像側へ順に、開口絞りＳｔと、１３枚のレンズとからなる。防振群は、第５レンズ群Ｇ５の物体側から１番目、２番目、および３番目の３枚のレンズからなる。以上が実施例１のズームレンズの概要である。

実施例１のズームレンズについて、基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂに、諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に示す。ここでは、１つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂの２つの表に分けて表示している。表１Ａには第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までを示し、表１Ｂには第５レンズ群Ｇ５および光学部材ＰＰを示す。表１Ａ、表１Ｂ、および表２には、無限遠物体に合焦した状態におけるデータを示す。

表１Ａおよび表１Ｂにおいて、Ｓｎ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。Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線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線とＦ線間の部分分散比を示す。

表１Ａおよび表１Ｂでは、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１Ｂには開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも合わせて示している。表１Ｂでは開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１Ａおよび表１Ｂでは、変倍の際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、ズームの倍率Ｚｒ、焦点距離ｆ、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および、変倍の際の可変面間隔を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、望遠端状態の各値をそれぞれＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、ＴＥＬＥと表記した欄に示している。

基本レンズデータでは、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において、Ｓｎの欄には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍ（ｍ＝３、４、５、・・・１６）の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。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。ＫＡおよびＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
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（光軸からレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
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３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の各収差図を示す。図３では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図３では「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端状態の収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に中間焦点距離状態の収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端状態の収差を示す。球面収差図では、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線における収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および一点鎖線で示す。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、およびｇ線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および一点鎖線で示す。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に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例にお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のズームレンズの構成と移動軌跡を図４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のズームレンズについて、基本レンズデータを表４Ａおよび表４Ｂに、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図５に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズの構成と移動軌跡を図６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のズームレンズについて、基本レンズデータを表７Ａおよび表７Ｂに、諸元と可変面間隔を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図７に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズの構成と移動軌跡を図８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のズームレンズについて、基本レンズデータを表１０Ａおよび表１０Ｂに、諸元と可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に、各収差図を図９に示す。

［実施例５］
実施例５のズームレンズの構成と移動軌跡を図１０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のズームレンズについて、基本レンズデータを表１３Ａおよび表１３Ｂに、諸元と可変面間隔を表１４に、非球面係数を表１５に、各収差図を図１１に示す。

表１６に、実施例１〜５のズームレンズの条件式（１）〜（９）の対応値を示す。

以上説明したデータからわかるように、実施例１〜５のズームレンズは、小型に構成されながらも、ズームの倍率が１２０倍以上であり、高倍率化を達成しており、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、本開示の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１２に、本開示の実施形態の撮像装置の一例として、本開示の実施形態に係るズームレンズ１を用いた撮像装置１００の概略構成図を示す。撮像装置１００としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等を挙げることができる。

撮像装置１００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１２では、ズームレンズ１が備える複数のレンズ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１００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の変倍を制御する変倍制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御する合焦制御部８とを備える。なお、図１２では１つの撮像素子３のみ図示しているが、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置としてもよい。

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術は上記実施形態およ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、および非球面係数等は、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。

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 変倍制御部
８ 合焦制御部
１００ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１ａ 第１ａレンズ群
Ｇ１ｂ 第１ｂレンズ群
Ｇ１ｃ 第１ｃ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
Ｌ１１〜Ｌ１６、Ｌ２１〜Ｌ２７、Ｌ３１〜Ｌ３３、Ｌ４１〜Ｌ４４、Ｌ５１〜Ｌ６３ レンズ
ｍａ、ｔａ、ｗａ 軸上光束
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. 物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、
   変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、５枚の正レンズとからなり、
   前記第１レンズ群の前記負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１、
   前記第１レンズ群の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄ１、
   前記第１レンズ群の前記負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比をθｇＦ１とした場合、
   １．８＜Ｎｄ１＜１．８５ （１）
   ３８＜νｄ１＜４６ （２）
   ０．５５＜θｇＦ１＜０．５８ （３）
   で表される条件式（１）、（２）、および（３）を満足するズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、
   前記第２レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をνｄ２ｐとした場合、
   ６５＜νｄ２ｐ＜１１０ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
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ｆＧ１、
   前記第１レンズ群の前記負レンズの焦点距離をｆＬ１とした場合、
   −０．９＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５）
   で表される条件式（５）を満足する請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、合焦の際に像面に対して固定されている第１ａレンズ群と、合焦の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、合焦の際に前記第１ｂレンズ群との相互間隔を変化させて光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第１ｃレンズ群とからなる請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第１ａレンズ群は、物体側から像側へ順に、１枚の負レンズと、２枚の正レンズとからなり、
   前記第１ｂレンズ群は、２枚の正レンズからなり、
   前記第１ｃレンズ群は、１枚の正レンズからなる請求項４に記載のズームレンズ。
6. 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ｆＧ１、
   前記第１ａレンズ群の焦点距離をｆＧ１ａとした場合、
   −０．０３５＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０４５ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項４又は５に記載のズームレンズ。
7. 無限遠物体に合焦した状態における広角端から望遠端への変倍の際に、前記第３レンズ群および前記第４レンズ群を合成してなる第３４合成レンズ群と、前記第２レンズ群とは、それぞれの横倍率が−１倍の点を同時に通り、前記第３レンズ群は常に物体側に移動する請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 無限遠物体に合焦した状態において、
   前記第３４合成レンズ群の望遠端での焦点距離をｆＧ３４ｔ、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、
   −４＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３ （７）
   で表される条件式（７）を満足する請求項７に記載のズームレンズ。
9. 無限遠物体に合焦した状態において、
   前記第３レンズ群の焦点距離をｆＧ３、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、
   −１０＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−４ （８）
   で表される条件式（８）を満足する請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 無限遠物体に合焦した状態において、
    前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１、
    前記第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、
    −１２＜ｆＧ１／ｆＧ２＜−８ （９）
    で表される条件式（９）を満足する請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
11. 前記第５レンズ群は、像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振群を備えている請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. １．８１＜Ｎｄ１＜１．８５ （１−１）
    で表される条件式（１−１）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
13. ４０＜νｄ１＜４５ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
14. ０．５５＜θｇＦ１＜０．５７ （３−１）
    で表される条件式（３−１）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
15. ７０＜νｄ２ｐ＜１０６ （４−１）
    で表される条件式（４−１）を満足する請求項２に記載のズームレンズ。
16. −０．８＜ｆＧ１／ｆＬ１＜−０．６５ （５−１）
    で表される条件式（５−１）を満足する請求項３に記載のズームレンズ。
17. −０．０２＜ｆＧ１／ｆＧ１ａ＜０．０２ （６−１）
    で表される条件式（６−１）を満足する請求項６に記載のズームレンズ。
18. −３．６＜ｆＧ３４ｔ／ｆＧ２＜−３．１ （７−１）
    で表される条件式（７−１）を満足する請求項８に記載のズームレンズ。
19. −９＜ｆＧ３／ｆＧ２＜−５ （８−１）
    で表される条件式（８−１）を満足する請求項９に記載のズームレンズ。
20. 請求項１から１９のいずれか１項に記載のズームレンズを備えた撮像装置。

Images