JP4264581B2 - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は新規な可変焦点距離レンズ系及び撮像装置に関する。詳しくは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられ、ズーム比が１０倍を超える可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を備えた撮像装置に関する。
従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を、各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して、記録する方法が知られている。
近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。また、撮像素子においても高集積化や小型化が図られ、高集積化により、より高い空間周波数の記録が可能となり、小型化により、カメラ全体の小型化が図れるようになってきた。
但し、上述の高集積化や小型化により、個々の光電変換素子の受光面積が狭まり、電気出力の低下に伴ってノイズの影響が大きくなる問題があった。これを防ぐために、光学系の大口径比化により撮像素子上に到達する光量を増大させたり、また、各光電変換素子の直前に微小なレンズ素子（所謂、マイクロレンズアレイ）を配置をする試みが為されてきた。前記マイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子同士の間に至る光束を光電変換素子上へ導く代わりに、レンズ系の射出瞳位置に制約を与えていた。すなわち、レンズ系の射出瞳位置が撮像素子に近づく、すなわち、撮像素子に到達する主光線が光軸となす角度が大きくなると画面周辺部へ向かう軸外光束が光軸に対して大きな角度をなし、その結果、光電変換素子上に到達せず、光量不足を招いてしまうからである。
近年、デジタルカメラが一般的になるにつれて、ユーザーニーズの多様化が進んできた。
変倍比が１０倍を超えるズームレンズは被写体をより大きく撮影することが可能である。特に、レンズ一体型のカメラは、レンズ交換ができないため、カメラ自体の大きさを多少犠牲にしても、より大きな変倍比が欲しいというユーザーニーズがある。
変倍比が１０倍を超えるズームレンズとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に記載されたものが知られている。
特許文献１、特許文献２に示されたズームレンズは、物体側より順に、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、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群を配置して成る。広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群が物体側へ移動し、第２レンズ群が像側へ移動し、第３レンズ群が一旦物体側へ移動した後、像側へ移動し、第４レンズ群が一旦物体側へ移動した後、像側へ移動するように構成されている。また、特許文献１に記載されたズームレンズでは第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置された開口絞りが他のレンズ群とは別体で移動するように構成されている。
特許文献３に示されたズームレンスは、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、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群を配置して成る。広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第３レンズ群とが光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動すると共に、第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第４レンズ群が移動するように構成されている。
特開２００５−２１５３８５号公報 特開２００３−２９５０５９号公報 特開２００５−１２８１８６号公報
しかしながら、前記した従来のズームレンズでは変倍作用が第２レンズ群に集中してしまうため、製造時に発生する微小なる偏心によっても、性能が劣化してしまうという問題があった。
前記特許文献１に示されたズームレンズでは、第２レンズ群が３枚の単レンズで構成されている。第２レンズ群の２番目の負レンズの像側レンズ面と該負レンズの像側に位置する正レンズの物体側レンズ面とにより、第２レンズ群で発生する正の球面収差を補正しているため、前記２つのレンズ面の相互偏心による性能劣化が大きくなりやすかった。
特許文献２や特許文献３に示されたズームレンズでは、第２レンズ群を物体側より順に、第１負レンズ、第２負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズを配置して構成している。その結果、第２負レンズの像側レンズ面の屈折力を弱めることが可能となり、第２負レンズと接合レンズとの相互偏心による性能劣化を低減している。
しかしながら、特許文献２や特許文献３に示されたズームレンズでは、第２レンズ群を構成するレンズの枚数が多く、第２レンズ群の厚みが大きくなるため、第１レンズ群のレンズ径の大型化を引き起こしてしまうという問題があった。
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて為されたものであり、高変倍比と小型化との両立に適した可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置を提供することを課題とするものである。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、ｆ２ａを第２レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離、ｆ２ｂを第２レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離、Ｄ12tを望遠端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３及び（２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５を満足する。
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、条件式（１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３及び（２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５を満足する。
本発明に依れば、高変倍比と小型化との両立を図ることが出来る。
以下に、本発明可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
本発明可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３
（２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５
但し、
ｆ２ａ：第２レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離
ｆ２ｂ：第２レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離
Ｄ12t：望遠端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。
従って、本発明可変焦点距離レンズ系にあっては、高変倍比と小型化との両立を図ることが出来る。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、上記構成の基で、高変倍化と小型化とを両立させるために、レンズ位置状態の変化に際して第２レンズ群の負担を軽減すること、製造時に安定した光学品質を維持するために、第２レンズ群を簡易構成化することに着目した。
レンズ位置状態の変化に際する第２レンズ群の負担を軽減するとは、第２レンズ群の横倍率の変化を抑えることを意味する。
第１レンズ群の屈折力をφ１、第２レンズ群の屈折力をφ２、広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との主点間隔をＤｗ、望遠端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間の主点間間隔をＤｔとする時、広角端状態での合成屈折力φ12ｗ及び望遠端状態での合成屈折力φ12ｔは
φ12ｗ＝φ１＋φ２−φ１・φ２・Ｄｗ
φ12ｔ＝φ１＋φ２−φ１・φ２・Ｄｔ
であり、広角端状態と望遠端状態における第２レンズ群の横倍率β2w、β2tは
β2w＝φ１／φ12w
β2t＝φ１／φ12t
で示されるため、横倍率の変化β2t／β2wは
β2t／β2w＝φ12w／φ12t
＝（φ１＋φ２−φ１・φ２・Ｄｗ）／（φ１＋φ２−φ１・φ２・Ｄｔ）
となる。φ１＞０、φ２＜０なので、φ１＋φ２は比較的小さく、その結果、第２レンズ群の横倍率の変化は第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔の変化量（Ｄｗ−Ｄｔ）に依存する。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔の変化量（Ｄｗ−Ｄｔ）を減らすことにより、第２レンズ群の変倍に際する負担を軽減して、レンズ位置状態の変化に伴って第２レンズ群により発生する軸外収差の発生を抑えて高性能化を図っている。
本発明可変焦点距離レンズ系における、第２レンズ群の簡易構成化とは、第２レンズ群を２つの負レンズ成分（ここで、「１つのレンズ成分」とは単レンズ又は１つの接合レンズを意味する）により構成することである。
第２レンズ群が３つ以上のレンズ成分により構成される場合、製造時にレンズ室へ組込む際に発生する偏心要因が多くなるため、安定した光学品質を得ることが難しくなってしまう。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群を像側に凹面を向けたメニスカス形状で、且つ、像側に非球面を有する負レンズ及びその像側に空気間隔を隔てて配置され、両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合負レンズにより構成することで、製造時にレンズ室へ組込む際に発生する偏心要因を減らして、安定した光学品質を実現している。
特に、本発明可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群を構成する２つのレンズ成分が有する収差補正上の機能を明確化することにより、より高性能化を図り、また、製造時の組付誤差の影響を少なくして安定した光学品質を実現している。
具体的には、物体側に位置した負レンズは非球面を有し、主に、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正する役割をなし、像側に位置した接合負レンズは主に軸上収差を補正する役割をなす。前記接合負レンズは接合面により負の球面収差を発生させることにより、軸上収差を補正することが可能である。
なお、前記接合負レンズは負レンズと正レンズの２つのレンズ要素に分離することも可能ではあるが、分離した場合、この負レンズと正レンズとの相互偏心による性能劣化を充分抑える必要が生じる。これは負レンズの像側レンズ面により正の球面収差を発生させ、正レンズの物体側レンズ面により負の球面収差を発生させ、打ち消し合わせるからである。
負レンズと正レンズとの間隔を充分に広げることで、屈折力を弱めて、性能劣化を抑えることも可能であるが、レンズ径の大型化を引き起こしてしまう。また、第２レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまうため、第２レンズ群の移動量を十分に確保できなくなってしまう。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、前記したように、第２レンズ群を簡易構成化することで、第２レンズ群のレンズ厚も薄くなり、第１レンズ群のレンズ径をより小さくすることを可能にしている。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、広角端状態に比べて、望遠端状態で第１レンズ群が物体側に位置するように移動することにより、広角端状態で第１レンズ群に入射する軸外光束を光軸に近づけて、画面周辺部で発生するコマ収差を良好に補正している。
また、レンズ位置状態が広角端状態から望遠端状態へと変化するに際して、第３レンズ群を物体側へ移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う第３レンズ群の横倍率の変化を増やし、第２レンズ群の横倍率の変化が小さくなる分を補わせている。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、以上のように構成し、且つ、前記条件式（１）及び（２）を満足することにより、高変倍化とレンズ径の小型化との両立を実現することができた。
条件式（１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３
条件式（１）は前記接合負レンズの焦点距離を規定する条件式であり、第２レンズ群を簡易構成化する上で必要な条件式である。
条件式（１）の上限値を上回った場合（接合負レンズの屈折力が強まる）、接合負レンズ単独で発生する正の球面収差を良好に補正することができなくなり、その結果、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合（負レンズの屈折力が強まる）、レンズ位置状態の変化に伴って、負レンズを通過する軸外光束の高さの変化が小さくなる。その結果、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。
条件式（２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５
本発明可変焦点距離レンズ系においては、上記した通り、レンズ位置状態の変化に伴う第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔の変化量を小さくしている。広角端状態では第１レンズ群と第２レンズ群とが近接して配置されるため、前記間隔の変化量は望遠端状態での第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔とおおよそ近い。
また、ズーム比をＺ（＝ｆｔ／ｆｗ）とする時、Ｄ12t／ｆｔ＝Ｄ12t／（ｆｗ・Ｚ）で表される。ｆｗは広角端状態での焦点距離でノーマライズする役割のため、条件式（２）は第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔の変化量をズーム比で割った値を規定するものである。
条件式（２）の上限値を上回った場合、第２レンズ群の横倍率の変化が大きくなるため、第２レンズ群を簡易構成化してしまうと、レンズ位置状態の変化に伴う、軸外収差の変動が大きくなり、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
逆に、条件式（２）の下限値を下回った場合、第２レンズ群の横倍率の変化が小さくなるが、他のレンズ群の負担が大きくなりすぎるため、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群中の接合負レンズにより発生する軸上収差をより良好に補正して、さらなる高性能化を図るために、ｎ2Nを第２レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率、ｎ2Pを第２レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．３＜ｎ2P−ｎ2N
条件式（３）は接合負レンズ中の接合面で発生する負の球面収差を規定する条件式である。
条件式（３）の下限値を下回った場合、接合負レンズを構成する２つのレンズの間の屈折率の差が小さくなるために、接合面の曲率半径を小さくせざるを得ず、高次の球面収差が発生してしまって所定の光学性能を得ることができなくなると共に、第２レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまう。
本発明に係る可変焦点距離レンズ系にあっては、近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動する。
このとき、β2wを広角端状態における第２レンズ群の横倍率、β2tを望遠端状態における第２レンズ群の横倍率として、以下の条件式（４）及び（５）を満足することが望ましい。
（４）−１＜β2w＜０
（５）β2t＜−１
ズームレンズでは、一般に、ズームレンズを構成するレンズ群のうち、１つのレンズ群を光軸方向に移動させることにより、近距離合焦を行う。第１レンズ群が正の屈折力を有するズームレンズでは、第１レンズ群のレンズ径が大きいため、第１レンズ群を移動させることにより近距離合焦を行う場合、駆動系が大型化して、鏡筒径が大きくなってしまう。
特に、オートフォーカス機能が一般的になるにつれて、動作の高速化が求められてきた。動作の高速化には、オートフォーカス時に必要な仕事量（＝重量×移動量）を減らすことが効果的であり、第１レンズ群よりも像側に配置されるレンズ群を移動させることにより近距離合焦を行う方法が適している。
ところで、従来より、正負正正４群ズームレンズにおいて、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群の横倍率β２が−１倍となる位置を持つ場合、第２レンズ群により近距離合焦を行うことは難しい。これは、β２＝−１となる位置では、近距離合焦が行えない上に、−１＜β２＜０の範囲と、β２＜−１の範囲では移動方向が逆転してしまうからである。
前記したように、第４レンズ群を移動させることにより近距離合焦動作を行うことにより、第２レンズ群の横倍率β２が自由になる。その結果、第２レンズ群の屈折力を弱めることができ、収差補正上の自由度が増え、更なる高性能化を図ることができる。
条件式（４）、（５）は第４レンズ群により近距離合焦を行うことにより、第２レンズ群の横倍率の制約が無くなり、収差補正上の自由度が増えることを意味する。
また、同時に、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群の横倍率が−１から０までの範囲では、第４レンズ群が一旦物体側に移動し、第２レンズ群の横倍率が−１を下回った範囲では、第４レンズ群が像側へ移動する。
所定の距離に位置する被写体に対して近距離合焦を行うのに必要な移動量は広角端状態に比べて、望遠端状態で増大する。上記の通り、第４レンズ群が移動することにより、望遠端状態において第３レンズ群と第４レンズ群との間の間隔が充分に広がるため、望遠端状態において近距離合焦に必要となる移動スペースを確保することができる。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、前記したとおり、第２レンズ群の変倍に際する負担を軽減することにより、第２レンズ群の簡易構成化を図っているが、所定の変倍比を維持するには、第２レンズ群の変倍に関する負担を軽減した分を肩代わりするレンズ群が必要である。
そこで、本発明可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群の変倍に寄与する割合を軽減したことに伴い、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第３レンズ群を物体側に移動させることにより、第３レンズ群が変倍に際しての負担を一部担うようにしている。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、さらなる高性能化を図るために、Δ３を広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際における第３レンズ群の移動量として、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）０．１７＜Δ３／ｆｔ＜０．２５
条件式（６）は第３レンズ群の変倍を担う割合を規定する条件式であり、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸上収差の変動を規定する条件式である。
条件式（６）の上限値を上回って大きくなる場合、第３レンズ群が変倍を担う割合が大きくなる、つまり、第３レンズ群の横倍率の変化が大きくなってしまう。その結果、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群により発生する軸上収差の変動が大きくなり、さらなる高性能化や高変倍化を図ることが難しくなってしまう。
条件式（６）の下限値を下回って小さくなる場合、第４レンズ群の横倍率の変化が大きくなり、特に望遠端状態において第４レンズ群の移動量が非常に大きくなるので、近距離合焦を行う駆動機構の複雑化を引き起こしてしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第４レンズ群の像側に第５レンズ群を配置することが望ましく、該第５レンズ群を負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、正の屈折力を有する正部分群とにより構成することが望ましい。
第５レンズ群は以下のような機能をなす。
１つは射出瞳位置を整える機能である。負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて正の屈折力を有する正部分群を配置することにより、射出瞳位置を像面から遠ざける、すなわち、主光線が光軸に平行に近い状態で像面位置に到達することが可能となる。
もう１つは歪曲収差を補正する機能である。負の屈折力を有する負部分群の像側レンズ面が像側に強い凹面を向けるように配置することにより、広角端状態で発生しやすい負の歪曲収差を良好に補正することが可能となる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ位置状態が変化する際に前記第５レンズ群を光軸方向に固定することにより、鏡筒構造の簡略化を図ることが可能である。
本発明の一実施形態による第５レンズ群を備えた可変焦点距離レンズ系においては、第３レンズ群が正レンズと負レンズとの接合正レンズにより構成されることが望ましい。
従来の正負正正４群ズームレンズでは、負の屈折力を有するレンズ群が１つしかないため、第３レンズ群を正の屈折力を有する正部分群及び負の屈折力を有する負部分群により構成して、広角端状態で発生しやすい負の歪曲収差を補正していた。前記したように、第５レンズ群を配置することにより、第５レンズ群により負の歪曲収差を良好に補正することが可能である。その結果、第３レンズ群を正部分群と負部分群で構成する必要が無くなる。
但し、前記したとおり、第３レンズ群が変倍作用の一部を担うため、レンズ位置状態の変化に伴って発生する球面収差の補正、あるいは、色収差の補正を良好に行うために、正レンズと負レンズとの接合正レンズで構成することが望ましく、このような構成とすることにより、さらなる高性能化を図ることができる。
なお、レンズ径の小型化を図る上で、開口絞りの配置も重要である。
一般に、光学系の中央付近に開口絞りを配置した時に、各レンズ群のレンズ径を小さくすることができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群と第３レンズ群との間に開口絞りを配置することにより、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束の高さを光軸に近づけて、レンズ径の小型化を図っている。また、第１レンズ群と第２レンズ群とを近接して配置することで、広角端状態では第２レンズ群を通過する軸外光束を画角の変化に従って、積極的に変化するようにでき、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができる。
また、第２レンズ群と第３レンズ群との間に開口絞りを配置した構成において、開口絞りより像側に配置されるレンズ群（以下、「後群」という）の焦点距離を適切に設定することにより、第１レンズ群をより小型化することが可能となる。
ところで、別の観点に従えば、変倍比を極端に高める場合、広角端状態における画角を広げることも必要である。
望遠端状態における焦点距離が長いほど、被写体に近づき、被写体をより大きく撮れるが、レンズ全長が大きくなってしまうという問題点もあった。レンズ一体式のカメラでは、レンズが交換できないため、ワイドコンバージョンレンズ等を取り付けないと、室内撮影に不向きであった。
本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、高変倍化を図る際に、広角端状態における画角を広げることで、コンバージョンレンズ無しでも充分室内撮影が行える点にも着目した。
一般に、広角化を図る場合、画角が広がるために、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れる、つまり、第１レンズ群のレンズ径が大きくなる。
本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、軸外光束が第１レンズ群に入射する高さを光軸に近づける方法として、開口絞り位置で軸外光束が光軸となす角度を小さくすることに着目した。そのため、開口絞りを第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置し、広角端状態から望遠端状態へとレンズ位置状態が変化するのに伴って、第２レンズ群と開口絞りとの間の間隔を狭めるように、開口絞りが移動する。
従来から、撮像素子により被写体像を記録する場合、マイクロレンズアレイによるケラレが無いように、射出瞳位置が像面から離れていた。つまり、像側テレセントリック光学系に近い状態であった。
像側テレセントリック光学系では、射出瞳位置が無限遠に位置する、つまり、光学系を射出する主光線が光軸と平行となる特徴がある。つまり、開口絞りより像側に配置される部分光学系（後群）の物体側焦点位置に開口絞りが配置される。
このため、開口絞りより像側に配置される部分光学系（後群）の焦点距離が長いほど、開口絞り位置で軸外光束が光軸となす角度を小さくすることができる。
そこで、本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、後群の焦点距離を長くすることにより、広角化を図った際にも、第１レンズ群の有効径が大きくならないようにした。
以上のことから、本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ径の小型化を図るために、ｆｗを広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離、ｆ35ｗを広角端状態における第３レンズ群乃至第５レンズ群の合成焦点距離として、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）０．２５＜ｆｗ／ｆ35ｗ＜０．３
条件式（７）の上限値を上回った場合、後群の焦点距離が短くなるため、開口絞り位置で主光線が光軸となす角度が大きくなり、その結果、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の小型化が充分図れなくなってしまう。
条件式（７）の下限値を下回った場合、広角端状態での焦点距離を維持するには、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との間の間隔が非常に大きくなるため、レンズ全長の短縮化が充分図れなくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ径の小径化と高性能化とのバランスを図るために、Ｄswを広角端状態における開口絞りから像面までの距離、ＴＬｗを広角端状態におけるレンズ全長として、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）０．４＜Ｄsw／ＴＬｗ＜０．５５
条件式（８）は広角端状態での開口絞りの位置を規定する条件式である。
条件式（８）の下限値を下回った場合、開口絞りの広角端状態における位置が像面側に移動するため、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズ径のさらなる小型化が図れなくなってしまう。
逆に、条件式（８）の上限値を上回った場合、開口絞りと第２レンズ群との間の距離が短くなるため、第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎ、その結果、画角の変化に伴うコマ収差の変動をより良好に補正することが難しくなり、さらなる高性能化を図ることが難しくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、開口絞りが第３レンズ群と一体的に移動することにより、鏡筒構造の簡略化を図ることができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、さらなる高性能化を図るために、第１レンズ群が、物体側より順に位置した、負レンズと正レンズとの接合レンズ及び１枚の正レンズの３枚のレンズで構成されることが望ましい。
第１レンズ群は特に望遠端状態で軸上光束が広い光束径で入射するため、負の球面収差が発生しやすい。また、軸外光束が光軸から離れて入射するため、軸外収差の発生が起こりやすい。
第１レンズ群の最も物体側に負レンズと正レンズとの接合レンズを配置することで、負の球面収差及び軸上色収差を良好に補正している。前記接合レンズの像側に配置された正レンズは主に画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正しており、各レンズの機能を明確にすることでより高い光学性能を実現することができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、被写体位置の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正するために、第４レンズ群を、物体側より順に位置した、像側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズにより構成することが望ましい。
ダブレット構成とすることにより、軸外収差と軸上収差とを同時に補正することが可能となり、被写体位置が変化した際に発生する諸収差の変動を良好に補正することができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、色収差の発生をより良好に抑えるために、第１レンズ群に異常分散性の高い硝材を用いることが望ましい。
特に、第１レンズ群を構成するレンズのうち、接合レンズ中の正レンズを異常分散性の高い硝材とすることにより、望遠端状態で画面中心部において発生する２次分散を良好に補正することができる。
本発明の各実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、非球面レンズを用いることにより、より高い光学性能を実現することができる。特に、第５レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能のさらなる高性能化が可能となる。
さらに、複数の非球面を用いることでより高い光学性能が得られるのは言うまでもない。
なお、本発明の各実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、構成レンズ群のうち１つのレンズ群、あるいは、１つのレンズ群の一部の部分群をシフトレンズ群として光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能である。また、カメラのブレを検出する検出系、検出系からの出力に従い補正量を演算する演算系、演算系からの出力に従い、上記シフトレンズ群をシフトさせる駆動系を組み合わせることによって、防振光学系として機能させることも可能である。
上記各構成の可変焦点距離レンズ系において、特に、第３レンズ群か第５レンズ群中の正部分群をシフトレンズ群として機能させることが望ましい。
第３レンズ群は開口絞りの近傍に配置されていて、軸外光束が光軸に近い位置を通過するため、シフトさせた際に発生する軸外収差の変動が少ないからである。また、第５レンズ群中の正部分群は射出瞳位置が像面位置から遠いため、シフトさせた際に発生する軸外収差の変動が少ないからである。
次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。
なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、ｘをサグ量、ｙを光軸からの高さ、ｃを曲率、κを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを４次、６次、８次、１０次の非球面係数、光線の進行方向を正として、次の数１式によって定義されるものとする。
Figure 0004264581
図１は本発明の第１乃至第４の実施の形態による可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示しており、物体側より順に、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、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５が配置されて構成され、広角端状態（上段に示す状態）より望遠端状態（下段に示す状態）への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔は減少するように、第１レンズ群乃至第４レンズ群が光軸ｘ上を矢印で示すように移動する。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後、物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側へ移動し、第５レンズ群Ｇ５は固定であって、第４レンズ群Ｇ４が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補正するように移動するとともに近距離合焦時に物体側へ移動する。
図２は本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態１のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズＬ２２により構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合正レンズＬ３により構成される。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ４により構成される。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１及び両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５２により構成される。そして、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に開口絞りＳが位置していて、該開口絞りＳはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向ｘに移動する。
表１に前記した第１の実施の形態１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを示す。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例のレンズデータを示す表中の面番号は物体側から第ｉ番目の光学面を、曲率半径は物体側から第ｉ番目の面の曲率半径を、面間隔は物体側から第ｉ番目の光学面と第ｉ＋１番目の光学面との間の軸上面間隔を、屈折率は物体側に第ｉ番目の光学面を有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率を、アッベ数は物体側に第ｉ番目の光学面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示す。また、ｆは焦点距離を、ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角をそれぞれ示す。
Figure 0004264581
第７面、第１２面、第１５面及び第２０面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例１における４次（Ａ）、６次（Ｂ）、８次（Ｃ）、１０次（Ｄ）の非球面係数を円錐定数（κ）と共に表２に示す。なお、表２及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
Figure 0004264581
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１０、開口絞りＳと第３レンズ群Ｇ３との間の面間隔Ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ１４及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１７が変化する。そこで、表３に数値実施例１における上記各面間隔の広角端（f=1.000）、広角端と望遠端との間の３つの中間焦点距離（f=2.053）、（f=4.238）、（f=7.393）及び望遠端（f=14.105）における各値を焦点距離ｆと共に示す。
Figure 0004264581
表４に数値実施例１の条件式（１）乃至（８）対応値を示す。
Figure 0004264581
図３乃至図７は数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図３は広角端状態（ｆ＝1.000）、図４は第１中間焦点距離状態（ｆ＝2.053）、図５は第２中間焦点距離状態（ｆ＝4.238）、図６は第３中間焦点距離状態（ｆ＝7.393）、図７は望遠端状態（ｆ＝14.105）における諸収差図を示す。
図３乃至図７の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。横収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例１は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図８は本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態２のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズＬ２２により構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合正レンズＬ３により構成される。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ４により構成される。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１及び両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５２により構成される。そして、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に開口絞りＳが位置していて、該開口絞りＳはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向ｘに移動する。
表５に前記した第２の実施の形態２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを示す。
Figure 0004264581
第７面、第１２面、第１５面及び第２０面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例２における４次（Ａ）、６次（Ｂ）、８次（Ｃ）、１０次（Ｄ）の非球面係数を円錐定数（κ）と共に表６に示す。
Figure 0004264581
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１０、開口絞りＳと第３レンズ群Ｇ３との間の面間隔Ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ１４及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１７が変化する。そこで、表７に数値実施例２における上記各面間隔の広角端（f=1.000）、広角端と望遠端との間の３つの中間焦点距離（f=1.977）、（f=3.860）、（f=7.395）及び望遠端（f=14.105）における各値を焦点距離ｆと共に示す。
Figure 0004264581
表８に数値実施例２の条件式（１）乃至（８）対応値を示す。
Figure 0004264581
図９乃至図１３は数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図９は広角端状態（ｆ＝1.000）、図１０は第１中間焦点距離状態（ｆ＝1.977）、図１１は第２中間焦点距離状態（ｆ＝3.860）、図１２は第３中間焦点距離状態（ｆ＝7.395）、図１３は望遠端状態（ｆ＝14.105）における諸収差図を示す。
図９乃至図１３の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。横収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例２は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図１４は本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態３のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズＬ２２により構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合正レンズＬ３により構成される。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ４により構成される。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１及び両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５２により構成される。なお、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１は像側レンズ面に非常に薄い樹脂層が付着されており、該樹脂層の像側面が非球面となっている。そして、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に開口絞りＳが位置していて、該開口絞りＳはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向ｘに移動する。
表９に前記した第３の実施の形態３に具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデータを示す。
Figure 0004264581
第８面、第１３面、第１６面及び第２１面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例３における４次（Ａ）、６次（Ｂ）、８次（Ｃ）、１０次（Ｄ）の非球面係数を円錐定数（κ）と共に表１０に示す。
Figure 0004264581
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１１、開口絞りＳと第３レンズ群Ｇ３との間の面間隔Ｄ１２、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１８が変化する。そこで、表１１に数値実施例３における上記各面間隔の広角端（f=1.000）、広角端と望遠端との間の３つの中間焦点距離（f=1.977）、（f=3.860）、（f=7.394）及び望遠端（f=14.105）における各値を焦点距離ｆと共に示す。
Figure 0004264581
表１２に数値実施例３の条件式（１）乃至（８）対応値を示す。
Figure 0004264581
図１５乃至図１９は数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図１５は広角端状態（ｆ＝1.000）、図１６は第１中間焦点距離状態（ｆ＝1.977）、図１７は第２中間焦点距離状態（ｆ＝3.860）、図１８は第３中間焦点距離状態（ｆ＝7.394）、図１９は望遠端状態（ｆ＝14.105）における諸収差図を示す。
図１５乃至図１９の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。横収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例３は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図２０は本発明可変焦点距離レンズ系の第４の実施の形態４のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズＬ２２により構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合正レンズＬ３により構成される。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ４により構成される。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１及び両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５２により構成される。なお、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１は像側レンズ面に非常に薄い樹脂層が付着されており、該樹脂層の像側面が非球面となっている。そして、第３レンズ群Ｇ３の物体側に近接して開口絞りＳが位置していて、該開口絞りＳはレンズ位置状態が変化するに際して第３レンズ群Ｇ３と共に光軸方向ｘに移動する。
表１３に前記した第４の実施の形態４に具体的数値を適用した数値実施例４のレンズデータを示す。
Figure 0004264581
第８面、第１３面、第１６面及び第２１面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例４における４次（Ａ）、６次（Ｂ）、８次（Ｃ）、１０次（Ｄ）の非球面係数を円錐定数（κ）と共に表１４に示す。
Figure 0004264581
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と開口絞りＳとの間の面間隔Ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔Ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１８が変化する。そこで、表１５に数値実施例４における上記各面間隔の広角端（f=1.000）、広角端と望遠端との間の３つの中間焦点距離（f=1.977）、（f=3.860）、（f=7.394）及び望遠端（f=14.105）における各値を焦点距離ｆと共に示す。
Figure 0004264581
表１６に数値実施例４の条件式（１）乃至（８）対応値を示す。
Figure 0004264581
図２１乃至図２５は数値実施例４の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図２１は広角端状態（ｆ＝1.000）、図２２は第１中間焦点距離状態（ｆ＝1.977）、図２３は第２中間焦点距離状態（ｆ＝3.860）、図２４は第３中間焦点距離状態（ｆ＝7.394）、図２５は望遠端状態（ｆ＝14.105）における諸収差図を示す。
図２１乃至図２５の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。横収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例４は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
前記した各実施の形態１〜４において、第５レンズ群Ｇ５が光軸ｘ方向に固定されているが、第５レンズ群Ｇ５中の一部部分群（例えば、正部分群Ｌ５２）を光軸ｘに垂直な方向にシフトさせて像をシフトさせる構成とした場合において、第５レンズ群Ｇ５を光軸ｘ方向に移動させることにより、第５レンズ群Ｇ５中の正部分群Ｌ５２の横倍率を変化させ、望遠端状態と広角端状態で所定の角度だけ補正するのに必要となるシフト量を近づけることも可能である。
本発明可変焦点距離レンズ系は、前記した第１乃至第４の実施の形態１〜４と異なり、図２６に示すような屈折力配置により構成することも可能である。
すなわち、本発明の第５の実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系５は、物体側より順に、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、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配置されて構成され、広角端状態（上段に示す状態）より望遠端状態（下段に示す状態）への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔は減少するように、第１レンズ群乃至第４レンズ群が光軸ｘ上を移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後、物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補正するように移動するとともに近距離合焦時に物体側へ移動する。
この第５の実施の形態においても、本発明の利点を享有することが出来る。
なお、前記した各実施の形態１〜５において、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、光電変換素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも勿論、可能である。
本発明撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３
（２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５
従って、本発明撮像装置にあっては、小型に構成しながら、高変倍比による撮像が可能である。
図２７は本発明撮像装置の具体的な実施の形態を示すブロック図である。
撮像装置１０は可変焦点距離レンズ系２０を備え、可変焦点距離レンズ系２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記可変焦点距離レンズ系２０には本発明にかかる可変焦点距離レンズ系を適用することができ、図２７では、図１に示した第１の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系１を各レンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系１だけでなく、第２乃至第５の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系２〜５や本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明可変焦点距離レンズ系を使用することができる。
上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路５１、５２、５３、５４を介して駆動部５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａを動作させて、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４を所定の位置へと移動させる。各センサ５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂによって得られた第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路５１、５２、５３、５４へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように、例えば、第４レンズ群Ｇ４をドライバ回路５４を介して制御する。
上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の各種カメラ、カメラが組み込まれた携帯電話やカメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
なお、本発明ズームレンズの適用範囲がデジタルカメラにのみ限定されるものではなく、銀塩フィルムを記録媒体とするカメラ等にも適用可能であることは勿論である。
その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
本発明可変焦点距離レンズ系の第１乃至第４の実施の形態における屈折力配分と変倍に際しての移動の状態を模式的に示す図である。 本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図４乃至図７と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第３中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１０乃至図１３と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第３中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１６乃至図１９と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第３中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第４の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図２２乃至図２５と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例４の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第１中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第２中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第３中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第５の実施の形態における屈折力配分と変倍に際しての移動の状態を模式的に示す図である。 本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。
符号の説明
１…可変焦点距離レンズ系、２…可変焦点距離レンズ系、３…可変焦点距離レンズ系、４…可変焦点距離レンズ系、５…可変焦点距離レンズ系、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、１０…撮像装置、２０…可変焦点距離レンズ系、３０…撮像素子

Claims (10)

  1. 物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、
    焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、
    近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、
    前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、
    前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、
    以下の条件式（１）及び（２）を満足する
    可変焦点距離レンズ系。
    （１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３
    （２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５
    但し、
    ｆ２ａ：第２レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離
    ｆ２ｂ：第２レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離
    Ｄ12t：望遠端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔
    ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
    とする。
  2. 以下の条件式（３）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （３）０．３＜ｎ2P−ｎ2N
    但し、
    ｎ2N：第２レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
    ｎ2P：第２レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率
    とする。
  3. 以下の条件式（４）及び（５）を満足する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （４）−１＜β2w＜０
    （５）β2t＜−１
    但し、
    β2w：広角端状態における第２レンズ群の横倍率
    β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
    とする。
  4. 以下の条件式（６）を満足する
    請求項３に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （６）０．１７＜Δ３／ｆｔ＜０．２５
    但し、
    Δ３：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際における第３レンズ群の移動量
    とする。
  5. 前記第５レンズ群は、負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、正の屈折力を有する正部分群とを有する
    請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
  6. 前記第５レンズ群は、レンズ位置状態が変化する際に、光軸方向に固定される
    請求項５に記載の可変焦点距離レンズ系。
  7. 前記第３レンズ群は正レンズと負レンズとの接合正レンズにより構成される
    請求項６に記載の可変焦点距離レンズ系。
  8. 以下の条件式（７）を満足する
    請求項５乃至請求項７の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
    （７）０．２５＜ｆｗ／ｆ35ｗ＜０．３
    但し、
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
    ｆ35ｗ：広角端状態における第３レンズ群乃至第５レンズ群の合成焦点距離
    とする。
  9. 以下の条件式（８）を満足する
    請求項８に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （８）０．４＜Ｄsw／ＴＬｗ＜０．５５
    但し、
    Ｄsw：広角端状態における開口絞りから像面までの距離
    ＴＬｗ：広角端状態におけるレンズ全長
    とする。
  10. 可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、
    前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、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、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群から成り、
    焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第４レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、
    近距離合焦に際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、
    前記第１レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、
    前記第２レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、
    以下の条件式（１）及び（２）を満足する
    撮像装置。
    （１）０．１５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．３
    （２）０．３＜Ｄ12t／ｆｔ＜０．４５
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