JP3849129B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバックフォーカスの長いズームレンズに関し、特にＣＣＤ等を撮像デバイスとした電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ズームレンズの高性能化に伴い、種々のズームタイプが提案されている。
特に、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器用のズームレンズにおいては、いわゆる山路タイプのズームレンズや、物体側から順に正負正正の屈折力配置を有する４群構成タイプのズームレンズ等が従来から用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、山路タイプのズームレンズや上述の４群構成タイプのズームレンズでは、中間焦点距離状態での良好な結像性能の確保に不利であり、歪曲収差の良好な補正の確保に不利であるという不都合があった。
また、近年の鏡筒技術の進歩に伴い、５群以上のレンズ群を有するタイプのズームレンズも提案されているが、広角化、高変倍化（高ズーム比化）および小型化等と優れた結像性能との両立を図ることが極めて困難であった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、中間焦点距離状態においても優れた結像性能を有するとともに、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を達成することのできる、バックフォーカスの長い高性能なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、物体側から順に、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、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とからなり、
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間隔は線形または非線形に変化し、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５との間隔は線形または非線形に変化するズームレンズにおいて、
広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23w とし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23t としたとき、
０．２６７８≦（Ｄ23t −Ｄ23w ）／ｆｗ＜０．６
の条件を満足することを特徴とするズームレンズを提供する。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．１＜ｆ２／ｆ３＜２．０
２．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０
の条件を満足する。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１および前記第４レンズ群Ｇ４は固定である。また、前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、一般論として、多群構成のズームレンズの特徴について説明する。ズームレンズを構成するのに少なくとも２つのレンズ群を必要とするので、以下の説明において多群構成とは３群以上のレンズ群を有するレンズ構成を指すものとする。
まず、多群構成のズームレンズでは、変倍を担うレンズ群の数が増えるので、高倍率化を図ることが可能である。また、各レンズ群の収差補正の負担を均等化し易いので、優れた結像性能を達成することが可能である。なお、光軸に沿って移動可能なレンズ群の増加による鏡筒構造の複雑化などの不都合もあったが、近年の鏡筒技術の進歩によりこの不都合は克服されつつある。
【０００９】
本発明では、上述のような多群構成のズームレンズの技術的基盤および背景に基づき、物体側から順に正負負正正の屈折力配置を有する５群構成を採用している。すなわち、本発明では、レンズ群の数を多くすることにより、各レンズ群の移動の自由度も含めて収差補正の自由度が多くなっている。その結果、高倍率のズームレンズを実現することができるとともに、広角端および望遠端以外の中間焦点距離状態においても優れた結像性能を得ることができる。また、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を有し、たとえば電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズを得ることができる。
【００１０】
以下、条件式の説明に沿って本発明のズームレンズを詳細に説明する。
本発明においては、以下の条件式（１）および（２）を満足する。
２．０＜ＢＦｗ／Ｙ０＜８．０ （１）
０．０３＜（Ｄ23t −Ｄ23w ）／ｆｗ＜０．６ （２）
ここで、ＢＦｗは広角端におけるバックフォーカスであり、Ｙ０は最大像高である。また、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離であり、Ｄ23w は広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔であり、Ｄ23t は望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。
【００１１】
条件式（１）は、電子画像機器用のズームレンズとして実用に足るような充分に長いバックフォーカスを得るための条件を規定している。電子画像機器用の光学系ではシェーディングを回避するために射出瞳を像面から充分遠くへ離すことが必要であり、この目的のためにも条件式（１）を満足することが重要である。
条件式（１）の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなり過ぎて、レンズ系の全長が長くなり、ひいてはレンズ系の大型化を招いてしまう。また、第５レンズ群Ｇ５のレンズ径が過度に大きくなって不都合を生じる。
【００１２】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎて、ズームレンズとＣＣＤ等の撮像デバイスとの間の光路中においてフィルターやプリズムを配置する空間を確保することが困難になってしまう。また、射出瞳の位置が像面に近づき過ぎて、上述したシェーディングが発生し易くなり、不都合である。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（１）の上限値を５．０とし、下限値を３．０とすることが好ましい。
【００１３】
条件式（２）は、広角端と望遠端とにおける第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔の差（Ｄ23t −Ｄ23w ）と、広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（２）の上限値を上回ると、望遠端における全長が長くなり過ぎて、前玉径（第１レンズ群Ｇ１のレンズ径）の増大を招くだけでなく、広角端および望遠端の双方において像面湾曲が負側に大きくシフトし、望遠端における球面収差が補正不足になってしまう。また、変倍時における第２レンズ群Ｇ２の移動スペースを確保することが困難になり、変倍のための第３レンズ群Ｇ３の使用倍率の変化を大きく確保することができず、高倍率化が困難になってしまう。
【００１４】
条件式（２）の下限値を下回ると、高変倍化や変倍時の各レンズ群の収差補正の負担の均等化が困難になるばかりでなく、変倍時の諸収差の発生および変動が過大になってしまう。特に、変倍時の像面湾曲およびコマ収差の変動が大きくなり、望遠端において像面湾曲が負側に過大となる。加えて、広角端では主光線よりも下側の光線に対し正のコマ収差が過大に発生し、望遠端では主光線よりも上側の光線に対し正のコマ収差が過大に発生する。その結果、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（２）の上限値を１．０とし、下限値を０．２とすることが好ましい。
【００１５】
さらに、広角端および望遠端以外の中間焦点距離状態における第１レンズ群Ｇ１に対する第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との相対的な位置関係も重要である。本発明では、上述の相対的な位置関係を適切に設定することにより、変倍時の収差変動を抑えて良好な結像性能を達成することが可能であることを見い出した。以下、この点について説明する。
【００１６】
まず、変倍時の収差変動に関連して、第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡から説明する。
第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡を物体側に凸の非線形軌跡とすると、中間焦点距離状態において、第２レンズ群Ｇ２から射出される軸上物点からの光線が発散している場合は球面収差を負（−）側に動かすことができ、軸上物点からの光線が収束している場合は球面収差を正（＋）側に動かすことができ、像面湾曲を正（＋）側に補正することができる。
逆に、第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡を物体側に凹の非線形軌跡とすると、中間焦点距離状態において、第２レンズ群Ｇ２から射出される軸上物点からの光線が発散している場合は球面収差を正（＋）側に動かすことができ、軸上物点からの光線が収束している場合は球面収差を負（−）側に動かすことができ、像面湾曲を負（−）側に補正することができる。
【００１７】
上述の性質を利用して、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３以外のレンズ群により補正しきれない収差変動も補正することができる。このことは、後述の各実施例を参照すると明らかである。なお、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３以外のレンズ群による収差補正の自由度が充分である場合には第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の移動軌跡が線形であっても充分な結像性能が得られるので、このような場合も本発明の範囲に含まれる。このように、本発明では、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔を線形または非線形に変化させることにより、中間焦点距離状態において優れた結像性能を達成することが可能であることを見い出した。
【００１８】
また、実際にズームレンズを構成する場合、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４を変倍時に固定とすることにより、メカ構成上の観点から構成が簡素になり、製作誤差の影響を小さくすることができるので好ましい。特に、第１レンズ群Ｇ１が固定であれば、鏡筒構造の堅牢性や防塵性が増すので好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、上述の構成に加えて、以下の条件式（３）および（４）を満足することが望ましい。
０．１＜ｆ２／ｆ３＜２．０ （３）
２．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０ （４）
ここで、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離であり、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離であり、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離である。
【００２０】
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２と第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３との比について適切な範囲を規定している。
条件式（３）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が短くなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が正側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において正の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が正側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
【００２１】
一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が短くなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が負側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において負の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が負側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．５とし、下限値を０．１５とすることが好ましい。
【００２２】
条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３の大きさが大きくなり過ぎて、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ群が同一の場合に、広角端における全長が長くなり、広角端における下コマ収差が正側に過大となり、ペッツバール和が負側に偏るので好ましくない。
【００２３】
一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３の大きさが小さくなり過ぎて、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ群が同一の場合に、広角端において充分長いバックフォーカスを確保することが難しくなり、変倍時の像面湾曲の変動も大きくなるので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（４）の上限値を７．０とし、下限値を４．０とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては、次の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．３＜Ｄ23m ／ｆｗ＜３．０ （５）
ここで、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離であり、Ｄ23m は中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。なお、本発明において、Ｄ23m を規定する際の中間焦点距離状態とは、光学系が無限系である場合には、広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗの２倍の焦点距離（２×ｆｗ）を有する状態を指すものとする。また、光学系が有限系である場合には広角端におけるズームレンズの結像倍率βｗの２倍の結像倍率（２×βｗ）を有する状態を指すものとする。
【００２５】
条件式（５）は、広角端近傍での周辺光量の確保および良好な収差補正のための条件式である。条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１に対する第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との相対的な位置関係を適切に設定することにより、周辺光量および収差補正に関して良い効果が得られることを見い出したことを意味している。元々、本発明のように、物体側から順に、正レンズ群と変倍のために移動する負レンズ群とを少なくとも有するズームレンズでは、広角端から少し望遠側に変倍した焦点距離状態において、主光線が第１レンズ群Ｇ１の周縁を通りがちになるため、光量低下が著しいという欠点があった。
【００２６】
この点を克服するために、本発明では、中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔を適切な範囲内に設定することにより、第２レンズ群Ｇ２と第１レンズ群Ｇ１とが離れ過ぎず、主光線が第１レンズ群Ｇ１を通る位置が光軸から離れ過ぎることを回避している。さらに、中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔を適切な範囲内に設定することが、正の高次歪曲収差を小さくする効果を有することも判った。
【００２７】
条件式（５）の上限値を上回ると、中間焦点距離状態においてコマ収差の変動および非点収差の変動が大きくなるので好ましくない。また、中間焦点距離状態における全長が長くなってしまい、メカ構成上の観点から構成が複雑になるので好ましくない。
一方、条件式（５）の下限値を下回ると、像面が負側に変移しやすくなり、主光線の下側の光線のコマ収差の変動が大きくなるので好ましくない。また、主光線が第１レンズ群Ｇ１の周縁を通りがちとなるため、光量低下が著しくなるだけでなく、高次の正の歪曲収差が発生するので好ましくない。
また、本発明においては、広角端の画角が５０度よりも大きい場合、条件式（５）を満たしつつ解軌道を決めることが、中間焦点距離状態での周辺光量の確保には特に効果的であることも判った。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（５）の上限値を２．０とし、下限値を０．６５とすることが好ましい。
【００２８】
また、本発明においては、次の条件式（６）および（７）を満足することが望ましい。
０．７＜｜ｆ23w ｜／ｆｗ＜２．０ （６）
０．３＜Ｄ23t ／ｆｗ＜１．８ （７）
ここで、ｆ23w は広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との合成焦点距離であり、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離である。また、Ｄ23t は望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。
【００２９】
条件式（６）は、広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との合成焦点距離ｆ23w と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（６）の上限値を上回ると、変倍時におけるコマ収差の変動および非点収差の変動が大きくなり、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ群が同一の場合に、広角端において充分長いバックフォーカスを確保することが難しくなるので好ましくない。
【００３０】
一方、条件式（６）の下限値を下回ると、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ群が同一の場合に、広角端での全長が長くなるだけでなく、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ径が大きくなってコンパクト化に反するので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（６）の上限値を１．５とし、下限値を０．８とすることが好ましい。
【００３１】
条件式（７）は、望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ23t と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（７）の上限値を上回ると、望遠端における球面収差が過大となりがちであるため、好ましくない。また、変倍時に第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定の場合には、高い変倍比を確保することが困難になるので好ましくない。
一方、条件式（７）の下限値を下回ると、像面湾曲が負側に変移しやすくなるので好ましくない。また、主光線よりも下側の光線のコマ収差が大きくなるので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（７）の上限値を１．２とし、下限値を０．８とすることが好ましい。
【００３２】
また、本発明においては、第４レンズ群Ｇ４が最も物体側に配置された正レンズＬ4pと最も像側に配置された負レンズＬ4nとを含み、第５レンズ群Ｇ５が像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有し、次の条件式（８）を満足することが望ましい。
０．１８＜ΔＮ （８）
ここで、ΔＮは、第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ4pと負レンズＬ4nとの間のｄ線に対する屈折率差と、第５レンズ群Ｇ５中の接合面を挟んで物体側のレンズと像側のレンズとの間のｄ線に対する屈折率差との平均値である。
【００３３】
本発明のように、最大像高に比してバックフォーカスの長いズームレンズにおいては、像側のレンズ群を通る軸上光線の位置が光軸から大きく離れがちであり、この軸上光線の収差補正が難しい。本発明では、条件式（８）に示すように、ΔＮの値を適切な範囲に設定することにより、上述の軸上光線の収差補正を良好に行うことが可能であることを見い出した。このとき、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズＬ4pの屈折率が負レンズＬ4nの屈折率よりも低いことが望ましい。
条件式（８）の下限値を下回ると、球面収差の補正が困難となって、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。さらに、ペッツバール和が負側に変移しやすくなるので好ましくない。
【００３４】
実際にズームレンズを構成するとき、以下に述べる構成的要件をさらに満たすことが望ましい。
近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、第１レンズ群Ｇ１を物体側へ繰り出すいわゆるフロントフォーカス方式で行っても良い。しかしながら、フォーカシング時に主光線が下がることなく周辺光量を確保するには、第５レンズ群Ｇ５を光軸方向に移動させてフォーカシングを行ういわゆるリアフォーカス方式が好ましい。
第１レンズ群Ｇ１は、色収差の補正を良好に行うために、正屈折力を有する少なくとも１枚の貼り合わせレンズを有することが好ましい。また、第１レンズ群Ｇ１中において、物体側に凸面を向けた負レンズが最も物体側に配置されていることが望ましい。
【００３５】
第２レンズ群Ｇ２は、収差補正上の観点から、物体側に凸面を向けた負メニスカス単レンズから構成されていることが好ましい。そして、より優れた結像性能を達成するためには、少なくとも一方の面が非球面状に形成された負単レンズで第２レンズ群Ｇ２を構成する方が良い。さらに、第２レンズ群Ｇ２の使用倍率は、広角端から望遠端への変倍時に等倍（−１倍）を挟んで変化することが望ましい。
第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の少なくとも一方は、良好な色収差補正のために、負屈折力を有する貼り合わせレンズを有することが必要である。このとき、貼り合わせレンズを構成する２つのレンズのアッベ数の差は１０以上とすることが望ましい。
さらに、第３レンズ群Ｇ３の使用倍率は、変倍領域の全体に亘って正の値であることが望ましい。
【００３６】
上述したように、第４レンズ群Ｇ４が変倍時に固定であることが、メカ構成上簡素になるので望ましい。第４レンズ群Ｇ４は、収差補正上、球面収差の補正に有効であるため、最も物体側には両凸レンズを配置し、最も像側には負レンズを配置することが望ましい。このとき、両凸レンズおよび負レンズの双方を貼り合わせレンズで構成すれば、色収差を良好に補正するとともに、製作誤差による影響を小さくすることができるので好ましい。さらに、第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に配置された正レンズに非球面を導入することにより、明るさに強い構造とすることも可能である。また、開口絞りを第４レンズ群Ｇ４の近傍に配置すると、収差補正上有利であるだけでなく、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と同様に固定とすることによりメカ構成上簡素になるので望ましい。
【００３７】
さらに、第４レンズ群Ｇ４の一部のレンズまたは一部のレンズ群を光軸とほぼ直交する方向に沿って変位させることにより、いわゆる防振機能を発揮することも可能である。このとき、防振レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有することが好ましい。
また、第５レンズ群Ｇ５は、色収差の良好な補正のために、正屈折力を有する少なくとも１枚の貼り合わせレンズを有することが好ましい。そして、この貼り合わせレンズは、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有することが好ましい。さらに、第５レンズ群Ｇ５において、両凸レンズを最も物体側に配置することが望ましい。
また、結像性能をさらに高めるには、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ、回折光学素子等を用いることが有効であることは言うまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。
本発明の各実施例にかかるズームレンズは、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とから構成されている。そして、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は非線形に変化し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔は非線形に変化するように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が光軸方向に移動している。ただし、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は変倍に際して固定である。
【００３９】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。第１実施例では、電子画像機器用の無限系の撮影光学系に本発明を適用している。
図１のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの貼り合わせ正レンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側の面が非球面状に形成された両凹レンズから構成されている。
【００４０】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせ負レンズから構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズ、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
さらに、第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズ、および両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
変倍時には、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が図１に示す軌道に沿って移動し、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定である。また、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間において第４レンズ群Ｇ４の近傍には開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第４レンズ群Ｇ４と同様に固定である。
【００４１】
第１実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける光軸方向の変位量（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準の曲率半径（頂点曲率半径）をＲとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣn としたとき、以下の数式（ａ）で表される。
【数１】
第１実施例において、非球面には面番号の右側に＊印を付している。
【００４２】
次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、ｆは焦点距離を、ＦNOはＦナンバーを、Ｂｆはバックフォーカスを、φは開口絞りＳの絞り径をそれぞれ表している。また、表（１）の条件式対応値において、ｆｍは中間焦点距離状態におけるレンズ系の焦点距離を表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率（ｄ）および屈折率（ｇ）はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する屈折率を示している。
【００４３】
【表１】
【００４４】
図２〜図４は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。すなわち、図２は広角端における無限遠合焦状態での諸収差図を、図３は中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図を、図４は望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示している。
各収差図において、ＦNOはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、第１実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。
【００４５】
〔第２実施例〕
図５は、本発明の第２実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。第２実施例では、電子画像機器用の有限系の撮影光学系に本発明を適用している。
図５のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの貼り合わせ正レンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
【００４６】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせ負レンズから構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
さらに、第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、両凸レンズ、および両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
変倍時には、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が図５に示す軌道に沿って移動し、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定である。なお、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間において第４レンズ群Ｇ４の近傍には開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍に際して第４レンズ群Ｇ４と同様に固定である。
【００４７】
次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、βは撮影倍率を、ＮＡは開口数を、Ｂｆはバックフォーカスを、φは開口絞りＳの絞り径を、Ｄ0 は物点距離（最も物体側の面と物体との間の光軸に沿った距離）をそれぞれ表している。また、表（２）の条件式対応値において、βｗ、βｍおよびβｔは、広角端、中間焦点距離状態および望遠端における撮影倍率を表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率（ｄ）および屈折率（ｇ）はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する屈折率を示している。
【００４８】
【表２】
【００４９】
図６〜図８は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する第２実施例の諸収差図である。すなわち、図６は広角端における有限距離撮影状態での諸収差図を、図７は中間焦点距離状態における有限距離撮影状態での諸収差図を、図８は望遠端における有限距離撮影状態での諸収差図をそれぞれ示している。
各収差図において、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、第２実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。
【００５０】
なお、上述の各実施例では、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４を変倍時に固定としているが、本発明を逸脱することなく、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が変倍時に移動するように構成することも可能である。この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中間焦点距離状態においても優れた結像性能を有するとともに、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を達成することのできる、バックフォーカスの長い高性能なズームレンズを実現することができる。したがって、本発明のズームレンズは、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器用の光学系に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図２】第１実施例の広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図３】第１実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図４】第１実施例の望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】本発明の第２実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図６】第２実施例の広角端における有限距撮影離状態での諸収差図である。
【図７】第２実施例の中間焦点距離状態における有限距離撮影状態での諸収差図である。
【図８】第２実施例の望遠端における有限距離撮影状態での諸収差図である。
【符号の説明】
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
Ｓ 開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明はバックフォーカスの長いズームレンズに関し、特にＣＣＤ等を撮像デバイスとした電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ズームレンズの高性能化に伴い、種々のズームタイプが提案されている。
特に、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器用のズームレンズにおいては、いわゆる山路タイプのズームレンズや、物体側から順に正負正正の屈折力配置を有する４群構成タイプのズームレンズ等が従来から用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、山路タイプのズームレンズや上述の４群構成タイプのズームレンズでは、中間焦点距離状態での良好な結像性能の確保に不利であり、歪曲収差の良好な補正の確保に不利であるという不都合があった。
また、近年の鏡筒技術の進歩に伴い、５群以上のレンズ群を有するタイプのズームレンズも提案されているが、広角化、高変倍化（高ズーム比化）および小型化等と優れた結像性能との両立を図ることが極めて困難であった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、中間焦点距離状態においても優れた結像性能を有するとともに、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を達成することのできる、バックフォーカスの長い高性能なズームレンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、物体側から順に、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、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とからなり、
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間隔は線形または非線形に変化し、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５との間隔は線形または非線形に変化するズームレンズにおいて、
広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23w とし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23t としたとき、
０．２６７８≦（Ｄ23t −Ｄ23w ）／ｆｗ＜０．６
の条件を満足することを特徴とするズームレンズを提供する。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．１＜ｆ２／ｆ３＜２．０
２．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０
の条件を満足する。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１および前記第４レンズ群Ｇ４は固定である。また、前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、一般論として、多群構成のズームレンズの特徴について説明する。ズームレンズを構成するのに少なくとも２つのレンズ群を必要とするので、以下の説明において多群構成とは３群以上のレンズ群を有するレンズ構成を指すものとする。
まず、多群構成のズームレンズでは、変倍を担うレンズ群の数が増えるので、高倍率化を図ることが可能である。また、各レンズ群の収差補正の負担を均等化し易いので、優れた結像性能を達成することが可能である。なお、光軸に沿って移動可能なレンズ群の増加による鏡筒構造の複雑化などの不都合もあったが、近年の鏡筒技術の進歩によりこの不都合は克服されつつある。
【０００９】
本発明では、上述のような多群構成のズームレンズの技術的基盤および背景に基づき、物体側から順に正負負正正の屈折力配置を有する５群構成を採用している。すなわち、本発明では、レンズ群の数を多くすることにより、各レンズ群の移動の自由度も含めて収差補正の自由度が多くなっている。その結果、高倍率のズームレンズを実現することができるとともに、広角端および望遠端以外の中間焦点距離状態においても優れた結像性能を得ることができる。また、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を有し、たとえば電子画像機器に好適なバックフォーカスの長いズームレンズを得ることができる。
【００１０】
以下、条件式の説明に沿って本発明のズームレンズを詳細に説明する。
本発明においては、以下の条件式（１）および（２）を満足する。
２．０＜ＢＦｗ／Ｙ０＜８．０ （１）
０．０３＜（Ｄ23t −Ｄ23w ）／ｆｗ＜０．６ （２）
ここで、ＢＦｗは広角端におけるバックフォーカスであり、Ｙ０は最大像高である。また、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離であり、Ｄ23w は広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔であり、Ｄ23t は望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。
【００１１】
条件式（１）は、電子画像機器用のズームレンズとして実用に足るような充分に長いバックフォーカスを得るための条件を規定している。電子画像機器用の光学系ではシェーディングを回避するために射出瞳を像面から充分遠くへ離すことが必要であり、この目的のためにも条件式（１）を満足することが重要である。
条件式（１）の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなり過ぎて、レンズ系の全長が長くなり、ひいてはレンズ系の大型化を招いてしまう。また、第５レンズ群Ｇ５のレンズ径が過度に大きくなって不都合を生じる。
【００１２】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎて、ズームレンズとＣＣＤ等の撮像デバイスとの間の光路中においてフィルターやプリズムを配置する空間を確保することが困難になってしまう。また、射出瞳の位置が像面に近づき過ぎて、上述したシェーディングが発生し易くなり、不都合である。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（１）の上限値を５．０とし、下限値を３．０とすることが好ましい。
【００１３】
条件式（２）は、広角端と望遠端とにおける第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔の差（Ｄ23t −Ｄ23w ）と、広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（２）の上限値を上回ると、望遠端における全長が長くなり過ぎて、前玉径（第１レンズ群Ｇ１のレンズ径）の増大を招くだけでなく、広角端および望遠端の双方において像面湾曲が負側に大きくシフトし、望遠端における球面収差が補正不足になってしまう。また、変倍時における第２レンズ群Ｇ２の移動スペースを確保することが困難になり、変倍のための第３レンズ群Ｇ３の使用倍率の変化を大きく確保することができず、高倍率化が困難になってしまう。
【００１４】
条件式（２）の下限値を下回ると、高変倍化や変倍時の各レンズ群の収差補正の負担の均等化が困難になるばかりでなく、変倍時の諸収差の発生および変動が過大になってしまう。特に、変倍時の像面湾曲およびコマ収差の変動が大きくなり、望遠端において像面湾曲が負側に過大となる。加えて、広角端では主光線よりも下側の光線に対し正のコマ収差が過大に発生し、望遠端では主光線よりも上側の光線に対し正のコマ収差が過大に発生する。その結果、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（２）の上限値を１．０とし、下限値を０．２とすることが好ましい。
【００１５】
さらに、広角端および望遠端以外の中間焦点距離状態における第１レンズ群Ｇ１に対する第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との相対的な位置関係も重要である。本発明では、上述の相対的な位置関係を適切に設定することにより、変倍時の収差変動を抑えて良好な結像性能を達成することが可能であることを見い出した。以下、この点について説明する。
【００１６】
まず、変倍時の収差変動に関連して、第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡から説明する。
第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡を物体側に凸の非線形軌跡とすると、中間焦点距離状態において、第２レンズ群Ｇ２から射出される軸上物点からの光線が発散している場合は球面収差を負（−）側に動かすことができ、軸上物点からの光線が収束している場合は球面収差を正（＋）側に動かすことができ、像面湾曲を正（＋）側に補正することができる。
逆に、第３レンズ群Ｇ３の変倍時の移動軌跡を物体側に凹の非線形軌跡とすると、中間焦点距離状態において、第２レンズ群Ｇ２から射出される軸上物点からの光線が発散している場合は球面収差を正（＋）側に動かすことができ、軸上物点からの光線が収束している場合は球面収差を負（−）側に動かすことができ、像面湾曲を負（−）側に補正することができる。
【００１７】
上述の性質を利用して、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３以外のレンズ群により補正しきれない収差変動も補正することができる。このことは、後述の各実施例を参照すると明らかである。なお、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３以外のレンズ群による収差補正の自由度が充分である場合には第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の移動軌跡が線形であっても充分な結像性能が得られるので、このような場合も本発明の範囲に含まれる。このように、本発明では、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔を線形または非線形に変化させることにより、中間焦点距離状態において優れた結像性能を達成することが可能であることを見い出した。
【００１８】
また、実際にズームレンズを構成する場合、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４を変倍時に固定とすることにより、メカ構成上の観点から構成が簡素になり、製作誤差の影響を小さくすることができるので好ましい。特に、第１レンズ群Ｇ１が固定であれば、鏡筒構造の堅牢性や防塵性が増すので好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、上述の構成に加えて、以下の条件式（３）および（４）を満足することが望ましい。
０．１＜ｆ２／ｆ３＜２．０ （３）
２．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０ （４）
ここで、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離であり、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離であり、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離である。
【００２０】
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２と第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３との比について適切な範囲を規定している。
条件式（３）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が短くなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が正側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において正の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が正側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
【００２１】
一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離が短くなり過ぎて、変倍時におけるコマ収差の変動が大きくなり、望遠端における歪曲収差が負側に大きくシフトするので好ましくない。また、広角端において負の下コマ収差が発生し、望遠端において球面収差が負側に補正過剰となり、良好な結像性能を得ることができなくなる。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．５とし、下限値を０．１５とすることが好ましい。
【００２２】
条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３の大きさが大きくなり過ぎて、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ群が同一の場合に、広角端における全長が長くなり、広角端における下コマ収差が正側に過大となり、ペッツバール和が負側に偏るので好ましくない。
【００２３】
一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３の大きさが小さくなり過ぎて、第３レンズ群Ｇ３以降のレンズ群が同一の場合に、広角端において充分長いバックフォーカスを確保することが難しくなり、変倍時の像面湾曲の変動も大きくなるので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（４）の上限値を７．０とし、下限値を４．０とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては、次の条件式（５）を満足することが望ましい。
０．３＜Ｄ23m ／ｆｗ＜３．０ （５）
ここで、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離であり、Ｄ23m は中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。なお、本発明において、Ｄ23m を規定する際の中間焦点距離状態とは、光学系が無限系である場合には、広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗの２倍の焦点距離（２×ｆｗ）を有する状態を指すものとする。また、光学系が有限系である場合には広角端におけるズームレンズの結像倍率βｗの２倍の結像倍率（２×βｗ）を有する状態を指すものとする。
【００２５】
条件式（５）は、広角端近傍での周辺光量の確保および良好な収差補正のための条件式である。条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１に対する第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との相対的な位置関係を適切に設定することにより、周辺光量および収差補正に関して良い効果が得られることを見い出したことを意味している。元々、本発明のように、物体側から順に、正レンズ群と変倍のために移動する負レンズ群とを少なくとも有するズームレンズでは、広角端から少し望遠側に変倍した焦点距離状態において、主光線が第１レンズ群Ｇ１の周縁を通りがちになるため、光量低下が著しいという欠点があった。
【００２６】
この点を克服するために、本発明では、中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔を適切な範囲内に設定することにより、第２レンズ群Ｇ２と第１レンズ群Ｇ１とが離れ過ぎず、主光線が第１レンズ群Ｇ１を通る位置が光軸から離れ過ぎることを回避している。さらに、中間焦点距離状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔を適切な範囲内に設定することが、正の高次歪曲収差を小さくする効果を有することも判った。
【００２７】
条件式（５）の上限値を上回ると、中間焦点距離状態においてコマ収差の変動および非点収差の変動が大きくなるので好ましくない。また、中間焦点距離状態における全長が長くなってしまい、メカ構成上の観点から構成が複雑になるので好ましくない。
一方、条件式（５）の下限値を下回ると、像面が負側に変移しやすくなり、主光線の下側の光線のコマ収差の変動が大きくなるので好ましくない。また、主光線が第１レンズ群Ｇ１の周縁を通りがちとなるため、光量低下が著しくなるだけでなく、高次の正の歪曲収差が発生するので好ましくない。
また、本発明においては、広角端の画角が５０度よりも大きい場合、条件式（５）を満たしつつ解軌道を決めることが、中間焦点距離状態での周辺光量の確保には特に効果的であることも判った。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（５）の上限値を２．０とし、下限値を０．６５とすることが好ましい。
【００２８】
また、本発明においては、次の条件式（６）および（７）を満足することが望ましい。
０．７＜｜ｆ23w ｜／ｆｗ＜２．０ （６）
０．３＜Ｄ23t ／ｆｗ＜１．８ （７）
ここで、ｆ23w は広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との合成焦点距離であり、ｆｗは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離である。また、Ｄ23t は望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔である。
【００２９】
条件式（６）は、広角端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との合成焦点距離ｆ23w と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（６）の上限値を上回ると、変倍時におけるコマ収差の変動および非点収差の変動が大きくなり、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ群が同一の場合に、広角端において充分長いバックフォーカスを確保することが難しくなるので好ましくない。
【００３０】
一方、条件式（６）の下限値を下回ると、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ群が同一の場合に、広角端での全長が長くなるだけでなく、第４レンズ群Ｇ４以降のレンズ径が大きくなってコンパクト化に反するので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（６）の上限値を１．５とし、下限値を０．８とすることが好ましい。
【００３１】
条件式（７）は、望遠端における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔Ｄ23t と広角端におけるズームレンズの焦点距離ｆｗとの比について適切な範囲を規定している。
条件式（７）の上限値を上回ると、望遠端における球面収差が過大となりがちであるため、好ましくない。また、変倍時に第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定の場合には、高い変倍比を確保することが困難になるので好ましくない。
一方、条件式（７）の下限値を下回ると、像面湾曲が負側に変移しやすくなるので好ましくない。また、主光線よりも下側の光線のコマ収差が大きくなるので好ましくない。
なお、本発明の効果をさらに充分に発揮するには、条件式（７）の上限値を１．２とし、下限値を０．８とすることが好ましい。
【００３２】
また、本発明においては、第４レンズ群Ｇ４が最も物体側に配置された正レンズＬ4pと最も像側に配置された負レンズＬ4nとを含み、第５レンズ群Ｇ５が像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有し、次の条件式（８）を満足することが望ましい。
０．１８＜ΔＮ （８）
ここで、ΔＮは、第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ4pと負レンズＬ4nとの間のｄ線に対する屈折率差と、第５レンズ群Ｇ５中の接合面を挟んで物体側のレンズと像側のレンズとの間のｄ線に対する屈折率差との平均値である。
【００３３】
本発明のように、最大像高に比してバックフォーカスの長いズームレンズにおいては、像側のレンズ群を通る軸上光線の位置が光軸から大きく離れがちであり、この軸上光線の収差補正が難しい。本発明では、条件式（８）に示すように、ΔＮの値を適切な範囲に設定することにより、上述の軸上光線の収差補正を良好に行うことが可能であることを見い出した。このとき、第４レンズ群Ｇ４中において、正レンズＬ4pの屈折率が負レンズＬ4nの屈折率よりも低いことが望ましい。
条件式（８）の下限値を下回ると、球面収差の補正が困難となって、良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。さらに、ペッツバール和が負側に変移しやすくなるので好ましくない。
【００３４】
実際にズームレンズを構成するとき、以下に述べる構成的要件をさらに満たすことが望ましい。
近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、第１レンズ群Ｇ１を物体側へ繰り出すいわゆるフロントフォーカス方式で行っても良い。しかしながら、フォーカシング時に主光線が下がることなく周辺光量を確保するには、第５レンズ群Ｇ５を光軸方向に移動させてフォーカシングを行ういわゆるリアフォーカス方式が好ましい。
第１レンズ群Ｇ１は、色収差の補正を良好に行うために、正屈折力を有する少なくとも１枚の貼り合わせレンズを有することが好ましい。また、第１レンズ群Ｇ１中において、物体側に凸面を向けた負レンズが最も物体側に配置されていることが望ましい。
【００３５】
第２レンズ群Ｇ２は、収差補正上の観点から、物体側に凸面を向けた負メニスカス単レンズから構成されていることが好ましい。そして、より優れた結像性能を達成するためには、少なくとも一方の面が非球面状に形成された負単レンズで第２レンズ群Ｇ２を構成する方が良い。さらに、第２レンズ群Ｇ２の使用倍率は、広角端から望遠端への変倍時に等倍（−１倍）を挟んで変化することが望ましい。
第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の少なくとも一方は、良好な色収差補正のために、負屈折力を有する貼り合わせレンズを有することが必要である。このとき、貼り合わせレンズを構成する２つのレンズのアッベ数の差は１０以上とすることが望ましい。
さらに、第３レンズ群Ｇ３の使用倍率は、変倍領域の全体に亘って正の値であることが望ましい。
【００３６】
上述したように、第４レンズ群Ｇ４が変倍時に固定であることが、メカ構成上簡素になるので望ましい。第４レンズ群Ｇ４は、収差補正上、球面収差の補正に有効であるため、最も物体側には両凸レンズを配置し、最も像側には負レンズを配置することが望ましい。このとき、両凸レンズおよび負レンズの双方を貼り合わせレンズで構成すれば、色収差を良好に補正するとともに、製作誤差による影響を小さくすることができるので好ましい。さらに、第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に配置された正レンズに非球面を導入することにより、明るさに強い構造とすることも可能である。また、開口絞りを第４レンズ群Ｇ４の近傍に配置すると、収差補正上有利であるだけでなく、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と同様に固定とすることによりメカ構成上簡素になるので望ましい。
【００３７】
さらに、第４レンズ群Ｇ４の一部のレンズまたは一部のレンズ群を光軸とほぼ直交する方向に沿って変位させることにより、いわゆる防振機能を発揮することも可能である。このとき、防振レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有することが好ましい。
また、第５レンズ群Ｇ５は、色収差の良好な補正のために、正屈折力を有する少なくとも１枚の貼り合わせレンズを有することが好ましい。そして、この貼り合わせレンズは、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有することが好ましい。さらに、第５レンズ群Ｇ５において、両凸レンズを最も物体側に配置することが望ましい。
また、結像性能をさらに高めるには、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ、回折光学素子等を用いることが有効であることは言うまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。
本発明の各実施例にかかるズームレンズは、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とから構成されている。そして、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔は非線形に変化し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔は非線形に変化するように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が光軸方向に移動している。ただし、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は変倍に際して固定である。
【００３９】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。第１実施例では、電子画像機器用の無限系の撮影光学系に本発明を適用している。
図１のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの貼り合わせ正レンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側の面が非球面状に形成された両凹レンズから構成されている。
【００４０】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせ負レンズから構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズ、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
さらに、第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズ、および両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
変倍時には、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が図１に示す軌道に沿って移動し、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定である。また、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間において第４レンズ群Ｇ４の近傍には開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍時に第４レンズ群Ｇ４と同様に固定である。
【００４１】
第１実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける光軸方向の変位量（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準の曲率半径（頂点曲率半径）をＲとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣn としたとき、以下の数式（ａ）で表される。
【数１】
【００４２】
次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、ｆは焦点距離を、ＦNOはＦナンバーを、Ｂｆはバックフォーカスを、φは開口絞りＳの絞り径をそれぞれ表している。また、表（１）の条件式対応値において、ｆｍは中間焦点距離状態におけるレンズ系の焦点距離を表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率（ｄ）および屈折率（ｇ）はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する屈折率を示している。
【００４３】
【表１】
図２〜図４は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。すなわち、図２は広角端における無限遠合焦状態での諸収差図を、図３は中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図を、図４は望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示している。
各収差図において、ＦNOはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、第１実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。
【００４５】
〔第２実施例〕
図５は、本発明の第２実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。第２実施例では、電子画像機器用の有限系の撮影光学系に本発明を適用している。
図５のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの貼り合わせ正レンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
【００４６】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせ負レンズから構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
さらに、第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、両凸レンズ、および両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせ正レンズから構成されている。
変倍時には、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第５レンズ群Ｇ５が図５に示す軌道に沿って移動し、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が固定である。なお、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間において第４レンズ群Ｇ４の近傍には開口絞りＳが配置され、この開口絞りＳは変倍に際して第４レンズ群Ｇ４と同様に固定である。
【００４７】
次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、βは撮影倍率を、ＮＡは開口数を、Ｂｆはバックフォーカスを、φは開口絞りＳの絞り径を、Ｄ0 は物点距離（最も物体側の面と物体との間の光軸に沿った距離）をそれぞれ表している。また、表（２）の条件式対応値において、βｗ、βｍおよびβｔは、広角端、中間焦点距離状態および望遠端における撮影倍率を表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率（ｄ）および屈折率（ｇ）はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する屈折率を示している。
【００４８】
【表２】
図６〜図８は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する第２実施例の諸収差図である。すなわち、図６は広角端における有限距離撮影状態での諸収差図を、図７は中間焦点距離状態における有限距離撮影状態での諸収差図を、図８は望遠端における有限距離撮影状態での諸収差図をそれぞれ示している。
各収差図において、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、第２実施例では、広角端から望遠端までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。
【００５０】
なお、上述の各実施例では、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４を変倍時に固定としているが、本発明を逸脱することなく、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４が変倍時に移動するように構成することも可能である。この場合、収差補正の自由度が増すので、設計が容易になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中間焦点距離状態においても優れた結像性能を有するとともに、無限系および有限系のいずれにおいても良好な結像性能を達成することのできる、バックフォーカスの長い高性能なズームレンズを実現することができる。したがって、本発明のズームレンズは、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等の電子画像機器用の光学系に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図２】第１実施例の広角端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図３】第１実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図４】第１実施例の望遠端における無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】本発明の第２実施例にかかるズームレンズのレンズ構成、および広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図６】第２実施例の広角端における有限距撮影離状態での諸収差図である。
【図７】第２実施例の中間焦点距離状態における有限距離撮影状態での諸収差図である。
【図８】第２実施例の望遠端における有限距離撮影状態での諸収差図である。
【符号の説明】
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
Ｓ 開口絞り
Claims (12)
- 物体側から順に、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、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とからなり、
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間隔は線形または非線形に変化し、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５との間隔は線形または非線形に変化するズームレンズにおいて、
広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23w とし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23t としたとき、
０．２６７８≦（Ｄ23t −Ｄ23w ）／ｆｗ＜０．６
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．１＜ｆ２／ｆ３＜２．０
２．０＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１０．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１および前記第４レンズ群Ｇ４は固定であることを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
- 前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、中間焦点距離状態における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23m としたとき、
０．３＜Ｄ23m ／ｆｗ＜３．０
の条件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項に記載のズームレンズ。 - 広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との合成焦点距離をｆ23w とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ23t としたとき、
０．７＜｜ｆ23w ｜／ｆｗ＜２．０
０．３＜Ｄ23t ／ｆｗ＜１．８
の条件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項に記載のズームレンズ。 - 前記第４レンズ群Ｇ４は、最も物体側に配置された正レンズＬ4pと最も像側に配置された負レンズＬ4nとを含み、
前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有し、
前記第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ4pと負レンズＬ4nとの間のｄ線に対する屈折率差と、前記第５レンズ群Ｇ５中の接合面を挟んで物体側のレンズと像側のレンズとの間のｄ線に対する屈折率差との平均値ΔＮは、
０．１８＜ΔＮ
の条件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項に記載のズームレンズ。 - 前記第５レンズ群Ｇ５を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカス単レン ズで構成され、かつ少なくとも一方の面が非球面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第４レンズ群Ｇ４の一部のレンズまたは一部のレンズ群を光軸とほぼ直交する方向に変位させることにより、防振機能を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 物体側から順に、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、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とからなり、
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間隔は線形または非線形に変化し、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５との間隔は線形または非線形に変化するズームレンズにおいて、
前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有し、
広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ 23w とし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ 23t としたとき、
０．２＜（Ｄ 23t −Ｄ 23w ）／ｆｗ＜０．６
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 物体側から順に、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、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とからなり、
広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔は増大し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間隔は線形または非線形に変化し、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５との間隔は線形または非線形に変化するズームレンズにおいて、
前記第４レンズ群Ｇ４は、最も物体側に配置された正レンズＬ 4p と最も像側に配置された負レンズＬ 4n とを含み、
前記第５レンズ群Ｇ５は、像側に凸面を向けた発散性の接合面を有する貼り合わせレンズを有し、
広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ 23w とし、望遠端における前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をＤ 23t とし、前記第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ 4p と負レンズＬ 4n との間のｄ線に対する屈折率差と、前記第５レンズ群Ｇ５中の接合面を挟んで物体側のレンズと像側のレンズとの間のｄ線に対する屈折率差との平均値をΔＮとしたとき、
０．２＜（Ｄ 23t −Ｄ 23w ）／ｆｗ＜０．６
０．１８＜ΔＮ
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
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