JP4587028B2

JP4587028B2 - ズームレンズ

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Publication number: JP4587028B2
Application number: JP2004202344A
Authority: JP
Inventors: 基之大竹
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: JP2006023593A

Description

本発明は新規なズームレンズに関する。詳しくは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子により受光するカメラに使用するのに適したズームレンズに関する。

従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementtary 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、受光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受光素子上に到達する光量を増大させた。また、各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）を配置した。このマイクロレンズアレイは、隣り合う素子同士の間に至る光束を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。レンズ系の射出瞳位置が受光素子に近づく、すなわち、受光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、結果、受光素子上に到達せず、光量不足を招いてしまうからである。

従来より、ビデオカメラ用のズームレンズとして、様々なズームタイプのものが提案されてきた。

例えば、特許文献１や特許文献２による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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成される、所謂、正負正正正５群ズームタイプを採用していた。

特許文献１によるズームレンズは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、特許文献３によるズームレンズは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レンズ群及び第３レンズ群がともに物体側へ移動していた。

ところで、ズーム比が大きな光学系では望遠端状態における画角が極端に狭くなるため、微小な手ブレによっても、像のブレが大きく発生してしまう。そのために、特にズーム比が大きなビデオカメラでは、手ブレを補正するための手段に対する要求がある。

上記した手ブレを補正する手段としては、手ブレを補正するように受光素子の画像取り込み範囲をシフトさせる、所謂、電子式手ブレ補正システムと、レンズ系を構成する一部のレンズ群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像位置をシフトさせた際に発生する光学性能の劣化を補正した、所謂、手ブレ補正光学系が知られている。

手ブレ補正光学系としては、例えば、シャッターレリーズに起因するような手ブレに伴う、カメラのブレを検出する検出系、検出系から出力される信号に基づき、レンズ位置に補正量を与える制御系、制御系からの出力に基づき、レンズをシフトさせる駆動系とを組み合わせることにより、カメラのブレに伴う像のブレを補正することが可能な光学式手ブレ補正システムが知られている。

具体的には、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載されたものが知られている。

特許文献３に記載されたズームレンズでは、開口絞りの像側に配置される第３レンズ群が負部分群と正部分群とで構成され、正部分群をシフトさせることにより、像をシフトさせていた。

特許文献４に記載されたズームレンズでは、開口絞りの像側に配置される第３レンズ群が正部分群と負部分群で構成され、正部分群をシフトさせることにより、像をシフトさせていた。

特許文献５に記載されたズームレンズでは、第３レンズ群全体をシフトさせることにより、像をシフトさせていた。

特開平７−１５１９６７号公報特開平２００２−３６５５４８号公報特開２００２−２４４０３７号公報特開２００３−２２８００１号公報特開２００３−２９５０５７号公報

しかしながら、特許文献２によるズームレンズでは、可動レンズ群が多いために、鏡筒構造の簡略化が難しいという問題点があった。

特許文献１によるズームレンズでは、レンズ系に含まれる負レンズ群が１つしかないために、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正することが難しかった。

また、従来の手ブレ補正光学系では、開口絞り近傍のレンズ群をシフトさせていたため、シフトさせる駆動機構と開口絞りの開閉を行う機構、ズーミングやフォーカシング時に各レンズを光軸方向に移動させる機構とが干渉しやすくなってしまい、鏡筒が径方向に大きくなってしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決し、光軸方向に移動可能なレンズ群の数が少なく、小型化に適した手ブレ補正可能なズームレンズを提供することを課題とする。

本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、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、上記第５レンズ群が光軸方向で固定されるとともに、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が光軸方向に移動され、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が正の屈折力を有する正部分群と該正部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、負の屈折力を有する負部分群とにより構成され、上記正部分群が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り、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ全系の焦点距離、Ｒ52を上記正部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径、Ｒ53を上記負部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径、ｆ5pを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離として、条件式（１）０．５＜ｆｔ／|Ｒ52|＋ｆｔ／|Ｒ53|＜５及び条件式（２）０．１５＜ｆ5p／ｆｔ＜０．５を満足するものである。

従って、これらズームレンズにあっては、光軸方向に可動するレンズ群の数が少なく、像シフトのためには、開口絞りから離れている第５レンズ群の一部が光軸にほぼ垂直な方向にシフトする。

本発明ズームレンズは、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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、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、上記第５レンズ群が光軸方向で固定されるとともに、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が光軸方向に移動され、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が正の屈折力を有する正部分群と該正部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、負の屈折力を有する負部分群とにより構成され、上記正部分群が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り、ｆｔを望遠端状態における焦点距離、Ｒ52を上記正部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径、Ｒ53を上記負部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径、ｆ5pを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離として、条件式（１）０．５＜ｆｔ／|Ｒ52|＋ｆｔ／|Ｒ53|＜５及び条件式（２）０．１５＜ｆ5p／ｆｔ＜０．５を満足することを特徴とする。

従って、本発明ズームレンズにあっては、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移動する可動レンズ群である第２レンズ群と第４レンズ群を開口絞りを挟んで配置したので、レンズ系の大型化を防ぎつつ、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正することが可能である。

また、開口絞りから離れて位置する第５レンズ群の一部（正部分群）を光軸に略垂直な方向にシフトさせるので、シフトレンズ群（第５レンズの正部分群）を駆動するための駆動機構が第２レンズ群や開口絞りを駆動するための駆動機構と干渉することが無く、そのため、駆動機構の配置の自由度が増すとともに、鏡筒の外径の大型化を防ぐことができる。

さらに、第５レンズ群の負部分群ではなく正部分群をシフトさせるようにしているので、歪曲収差の発生を抑えることができ、さらにまた、上記正部分群と負部分群との間に形成される空気間隔を隔てた正部分群の像側レンズ面と負部分群の物体側レンズ面の曲率半径をできるだけ平面に近づけることにより、正部分群を光軸に略垂直な方向にシフトさせたときに発生する偏心コマ収差の変動を良好に補正している。

さらにまた、ｆ5pを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離として、条件式（２）０．１５＜ｆ5p／ｆｔ＜０．５を満足するので、負の球面収差を良好に補正することができるとともに、正部分群の光軸に略垂直な方向への少ないシフト量によって手ブレによる像位置の変動を補正することができる。

請求項２に記載した発明にあっては、ｆ5nを第５レンズ群中の負部分群の焦点距離として、条件式（３）１．５＜ｆｔ／|ｆ5n|＜６を満足するので、バックフォーカスが長くなるの防止してレンズ全長の小型化に寄与するとともに、広角端状態で発生する負の歪曲収差が大きくなりすぎるのを防止することができる。

請求項３に記載した発明にあっては、βａを第５レンズ群中の正部分群の横倍率、βｂを第５レンズ群中の負部分群の横倍率として、条件式（４）０．２＜|（１−βａ）・βｂ|＜１．５を満足するので、正部分群を駆動する制御機構の複雑化を招くこと無しに、適切な手ブレ補正が可能になる。

請求項４に記載した発明にあっては、上記正部分群は両凸形状の正レンズを有し、上記負部分群は両凹形状の負レンズを有し、ｆｔを望遠端状態における全系の焦点距離、Ｒ51を上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径、Ｒ54を上記負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径として、条件式（５）５＜ｆｔ／Ｒ51＋ｆｔ／Ｒ54＜１０を満足するので、正部分群を光軸に略垂直な方向にシフトさせた際に画面中心部において発生する偏心コマ収差を良好に補正すると共に良好な結像性能を得ることができる。

請求項５に記載した発明にあっては、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離として、条件式（６）０．２５＜ｆｔ／ｆ５＜２を満足するので、第４レンズ群において発生する負の球面収差を良好に補正することができるとともに、レンズ径の小型化を図ることができる。

請求項６に記載した発明にあっては、近距離合焦時に第４レンズ群が移動可能であるので、近距離合焦時に発生する諸収差の変動が少なく、また、シフトレンズ群（第５レンズ群の正部分群）を含む第５レンズ群が近距離合焦時に移動する第４レンズ群より像側に位置するため、被写体位置のいかんに関わらず、ブレ補正係数が一定となる。すなわち、手ブレ量に対するシフトレンズ群の移動量が略一定となる。

以下に、本発明ズームレンズを実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは、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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、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、第３レンズ群、第５レンズ群が光軸方向に固定され、第２レンズ群及び第４レンズ群が光軸方向に移動し、以下の条件ア乃至エを満足するように構成されることにより、レンズシフト時にも安定した光学性能を得ることができる。
ア．開口絞りが第３レンズ群の近傍に配置される
イ．第５レンズ群が正部分群とその像側に配置される負部分群とにより構成される
ウ．上記正部分群が光軸に対してほぼ垂直な方向にシフトする
エ．上記正部分群と上記負部分群との間の空気間隔を挟んだ両側のレンズ面の曲率半径を適切に設定する
ズームレンズでは、焦点距離がもっとも短い広角端状態から焦点距離がもっとも長い望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を良好に補正することが肝要である。

軸外収差の変動を抑えるには、各レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させることが効果的であるが、開口絞りから離れたレンズ群ではレンズ径の大型化につながってしまう。このため、開口絞りの物体側、像側のそれぞれに可動レンズ群を配置することで、レンズ径の大型化を防ぎ、且つ、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することが可能である。

本発明ズームレンズにおいては、第３レンズ群の近傍に開口絞りを配置することで、開口絞りを挟んで物体側に第２レンズ群、像側に第４レンズ群が配置され、この開口絞りの両側に配置される２つのレンズ群を可動レンズ群とすることにより、レンズ径の小型化と高性能化を同時に満足させることができた。

上記したように、従来より、レンズ系の一部のレンズ群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、被写体像をシフトさせた際における光学性能の劣化を抑えた、所謂、手ブレ補正光学系が知られている。

ズームレンズでは、レンズ系の焦点距離がもっとも短い広角端状態から焦点距離がもっとも長い望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、各レンズ群において発生する諸収差の変動を良好に補正するのに適したレンズ形状となっている。

このため、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にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、被写体像をシフトさせる場合、レンズ位置状態が変化する際に発生する諸収差を良好に補正可能であることが必要であると同時に、レンズ群をシフトさせた際に発生する諸収差を良好に補正可能であることが必要となる。

ところが、前者（レンズ位置状態の変化時）に適した収差補正状態と後者（レンズ群のシフト時）に適した収差補正状態とは一致する訳ではないため、レンズ系の構成が複雑化してしまうという問題点があった。

上記した従来技術によるズームレンズでは、正負正正４群ズームレンズにおいて、開口絞りの近傍に配置される第３レンズ群を２つの部分群により構成し、片方の部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、上記問題点を解決していたが、開口絞りを駆動する機構やレンズ位置状態が変化する際に可動となる第２レンズ群や第４レンズ群が前後に配置されるため、部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせる駆動機構の配置が難しく、レンズ厚を充分厚くする、鏡筒径を広げる等、レンズ鏡筒が大きくなってしまっていた。

本発明ズームレンズにおいては、第５レンズ群を２つの部分群で構成し、一方が正の屈折力を有し、もう一方は負の屈折力を有している。

第５レンズ群は開口絞りから離れて配置され、可動の第２レンズ群から離れているため、シフトレンズ群を光軸に垂直な方向にシフトさせるための駆動機構の配置が行いやすい利点を有する。

本発明ズームレンズにあっては、第５レンズ群中の負部分群によって正の歪曲収差を発生させて、広角端状態において発生しやすい負の歪曲収差を補正している。そのため、仮に、負部分群を光軸に垂直な方向にシフトさせると、歪曲収差が発生しやすくなってしまう。そこで、本発明ズームレンズにおいては、正部分群をシフトレンズ群として機能させている。

また、本発明ズームレンズにおいては、正部分群と負部分群との間に形成される空気間隔を隔てた正部分群の物体側レンズ面と負部分群の像側レンズ面の曲率半径をできるだけ平面に近づけることにより、正部分群をシフトさせた際に発生する偏心コマ収差の変動を良好に補正している。

以上のように構成することにより、レンズ位置状態が変化する際に可動するレンズ群の数が少なく、且つ、手ブレ補正に適したズームレンズを得ることが出来る。

本発明ズームレンズにおいては、第５レンズ群を構成する一部の部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせた際の光学性能の劣化を良好に補正しているが、特に、近距離合焦時に第４レンズ群が移動することが望ましい。第４レンズ群は第２レンズ群の移動に伴って発生する像面位置の変動を補償するため、移動可能であり、光軸方向に移動した際に発生する諸収差の変動が少ない。このため、近距離合焦の機能と両立化させた際にも近距離合焦時に発生する諸収差の変動を少なくすることができる。

第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する機能と被写体距離の変化に伴う像面位置の変動を補正する機能とを同時に果たすことで、鏡筒構造の簡略化を図ると同時に、第５レンズ群の横倍率が被写体距離によらず一定となるため、所定量だけ像をシフトするのに必要なシフト量が被写体距離によらず一定となる。従来のように第３レンズ群を２つの部分群により構成し、片方の部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像をシフトさせる場合、第４レンズ群により近距離合焦を行っていたため、被写体位置によって、シフトレンズ群の横倍率が変化する、つまり、ブレ補正係数が変化してしまうため、制御が難しくなってしまうが、本発明ズームレンズにおけるように、、シフトレンズ群を含む第５レンズ群が近距離合焦時に移動する第４レンズ群よりも像側に配置されると、被写体位置によらずブレ補正係数が一定となる利点がある。

本発明ズームレンズにおいては、ｆｔを望遠端状態における焦点距離、Ｒ52を第５レンズ群の正部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径、Ｒ53を第５レンズ群の負部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径として、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。

（１）０．５＜ｆｔ／|Ｒ52|＋ｆｔ／|Ｒ53|＜５
条件式（１）は第５レンズ群中に配置される正部分群と負部分群との間に形成される空気間隔の形状を規定する条件式である。

上記した通り、本発明ズームレンズにおいては、手ブレ補正時の光学性能劣化を最小限に抑えるために、上記空気間隔を挟んだ物体側と像側のレンズ面の曲率半径をできるだけ平面に近づけるようにしている。そして、条件式（１）の対応値が０に近づくほど、上記レンズ面の曲率半径が平面に近づくことを意味している。

条件式（１）の上限値を上回った場合、正部分群がシフトした際に発生する諸収差の変動が大きくなってしまう。

逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、空気間隔を挟んだ両側のレンズ面が収差補正上の機能を有しなくなってしまうため、他のレンズ面で収差補正を良好に行う必要が生じて、レンズ系の小型化を図ることが難しくなってしまう。

なお、本発明ズームレンズにおいては、第５レンズ群の正部分群がシフトした際に発生する諸収差の変動をより良好に補正するには条件式（１）の上限値を４とすることが望ましい。

本発明ズームレンズにおいては、手ブレ補正時に画面中心部において発生する性能劣化をより良好に補正するために、ｆ5pを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離として、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。

（２）０．１５＜ｆ5p／ｆｔ＜０．５
条件式（２）は第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（２）の上限値を上回った場合、正部分群の焦点距離が長くなり、その結果、所定量だけ像をシフトさせるのに必要な正部分群のシフト量が大きくなって、レンズ径の大型化や鏡筒構造の複雑化を引き起こしてしまうため、好ましくない。

条件式（２）の下限値を下回った場合、正部分群の焦点距離が短くなるため、正部分群において発生する負の球面収差の補正が難しくなってしまう。その結果、望遠端状態における軸上収差の補正が難しくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいては、レンズ系全体の全長短縮と更なる高性能化とのバランスを図るために、ｆ5nを第５レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。

（３）１．５＜ｆｔ／|ｆ5n|＜６
条件式（３）は第５レンズ群中の負部分群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（３）の上限値を上回った場合、バックフォーカスが長くなりすぎて、レンズ全長が大型化してしまう。

逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合、広角端状態において発生する負の歪曲収差が大きくなりすぎて、更なる高性能化を図ることが難しくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいては、特に、βａをシフトレンズ（第５レンズ群の正部分群）の横倍率、βｂをシフトレンズの像側に配置されるレンズ群（第５レンズ群の負部分群）の横倍率（但し、もっとも像側のレンズ群がシフトする場合には１）として、ブレ補正係数が以下の条件式（４）を満足することが望ましい。

（４）０．２＜|（１−βａ）・βｂ|＜１．５
条件式（４）はブレ補正係数を規定する条件式である。

手ブレ補正光学系において、レンズ系の焦点距離をｆ、手ブレ等によるレンズ系の倒れ量をθとするとき、像シフト量ｙｓはｙｓ＝ｆ・ｔａｎθで算出され、これを補正するのに必要なシフト量ｙｈはブレ補正係数をβｈとすると、
ｙｓ＋ｙｈ・βｈ＝０
となる時、像シフトを打ち消すことが可能である。

このため、ブレ補正係数βｈが大きいほど、少ないシフト量で手ブレ補正が可能となるが、逆に、より高い精度の位置制御が必要となる。

非常に大きなシフト量、あるいは、非常に高い精度の位置制御はシフトレンズ群の駆動機構の複雑化やシフト制御機構の複雑化を引き起こしてしまうため、適切な範囲とすることが望ましい。

上記（４）式におけるブレ補正係数は「（１−βａ）・βｂ」であり、条件式（４）はブレ補正係数を規定する条件式である。

条件式（４）の上限値を上回った場合、ブレ補正係数が大きくなりすぎて、レンズ制御機構の複雑化を招いてしまう。また、第５レンズ群中の負部分群の屈折力が非常に強くなるため、レンズ全長の大型化を引き起こしてしまう。

逆に、条件式（４）の下限値を下回った場合、ブレ補正係数が小さくなりすぎて、レンズ駆動機構の複雑化を引き起こしてしまう。

本発明ズームレンズにおいては、レンズ構成枚数をできるだけ減らして構成の簡易化を図るために、第５レンズ群を構成する正部分群が両凸レンズを有し、負部分群が両凹レンズを有するように構成することが望ましく、さらに、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ全系の焦点距離、Ｒ51を上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径、Ｒ54を上記負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径として、以下の条件式（５）を満足するように構成することが望ましい。

（５）５＜ｆｔ／Ｒ51＋ｆｔ／Ｒ54＜１０
条件式（５）は第５レンズ群のレンズ形状を規定する条件式である。

上記した通り、本発明ズームレンズにおいては、第５レンズ群を構成する正部分群のもっとも像側のレンズ面と負部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径が平面に近い。このため、正部分群のもっとも物体側のレンズ面の屈折力が強く、負部分群のもっとも像側のレンズ面の屈折力も強い形状にした方が構成の簡易化や軽量化を図ることが出来る。

条件式（５）の上限値を上回った場合、正部分群において発生する負の球面収差及び負部分群において発生する正の球面収差が大きくなってしまうため、正部分群を光軸に垂直な方向にシフトさせた際に画面中心部において発生する偏心コマ収差を良好に補正することが難しくなってしまう。

条件式（５）の下限値を下回った場合、正部分群のもっとも像側のレンズ面と負部分群のもっとも物体側のレンズ面の屈折力が強まるため、正部分群を光軸に垂直な方向にシフトさせた際に画面周辺部において発生するコマ収差の変動が大きくなってしまい、良好な結像性能が得られなくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいては、小径化と高性能化とのバランス化を図るために、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離として、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。

（６）０．２５＜ｆｔ／ｆ５＜２
条件式（６）は第５レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（６）の下限値を下回った場合、第５レンズ群全体での屈折力が弱まるため、第４レンズ群において発生する負の球面収差を良好に補正することが難しくなり、更なる高性能化が難しくなってしまう。

条件式（６）の上限値を上回った場合、第５レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れてしまうため、レンズ径の小型化が難しくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいて、第５レンズ群のもっとも像側に負レンズを配置することによって、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正することが可能である。

本発明ズームレンズにおいては、更なる性能向上を図るには非球面レンズを採用することがが望ましい。特に、第５レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能の更なる高性能化が可能となる。例えば、第５レンズ群の正部分群に非球面を導入することによって、手ブレ補正時の性能劣化を更に抑えることが可能である。また、第２レンズ群に非球面レンズを用いることにより、広角端状態において発生する画角によるコマ収差の変動を良好に補正することが可能となる。さらに、複数の非球面を１つの光学系に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。

本発明ズームレンズにおいては、上記した通り、第４レンズ群により近距離合焦を行う場合が機能の簡略化を図る上でもっとも有効だが、特に、第５レンズ群よりも物体側に配置される少なくとも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が行える。

本発明においては、変倍群が１つ、コンペンゼータが１つとして機能させる場合には、ズームレンズとなりうるが、３つ以上の可動レンズ群を有する形で構成する場合には、特に、ズームレンズではなく、バリフォーカル式の可変焦点距離レンズ系として機能させることも可能である。

特に、ＣＣＤ等の受光素子上での被写体のコントラストを検出する検出系、近距離合焦時に可動のレンズ群を光軸方向に駆動する駆動系、検出系からの出力値に従って駆動系に与える駆動量を算出する演算系とを有する、所謂、オートフォーカス系と組み合わせて、バリフォーカル式であっても、オートフォーカス機能によって、被写体位置に合焦させることも勿論可能である。

また、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、受光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。

以下に、本発明ズームレンズの実施の形態及び実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について説明する。なお、各数値実施例において、非球面は数１式によって表される。

なお、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは曲率、κは円錐定数、Ｃ_４、Ｃ_６、…は非球面係数である。

図１は本発明ズームレンズの各実施の形態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、負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が配列されて構成され、広角端状態より望遠端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との空気間隔は減少するように、第２レンズ群Ｇ２が像側へ移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定であって、第４レンズ群Ｇ４が第２レンズ群Ｇ２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像側へ移動する。

図２は本発明ズームレンズの第１の実施の形態１のレンズ構成を示す図であり、第１レンズ群Ｇ１は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、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズＬ３１及び物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸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Ｌ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は両凸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Ｌ５１及び両凹レンズＬ５２により構成される。

第１の実施の形態１では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化時に固定である。

また、第５レンズ群Ｇ５中に配置される接合正レンズＬ５１が正部分群、両凹レンズＬ５２が負部分群として機能し、接合正レンズＬ５１が光軸に垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトすることが可能である。また、第５レンズ群Ｇ５の像側にプリズム、ローパスフィルタ等ＦＬが配置されている。

以下の表１に、上記第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の諸元の値を示す。なお、以下の表において、「ｓｉ」は各レンズ、プリズムＰ、開口絞りＳ、プリズム及びフィルタＦＬの中心軸における光の入射面及び出射面のうち物体側からｉ番目の面を、「ｒｉ」は物体側からｉ番面の面の曲率半径を、「ｄｉ」は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番面の面との間の面間隔を、「ｎｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、「νｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示すものである。また、「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、「ＡＳＰ］は当該面が非球面であることを示す。なお、上記各面のうち接合面は同一の面番号で示してある。

第１の実施の形態１において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、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は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際に可変である。そこで、数値実施例１における、広角端状態と、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態と、望遠端状態における上記各面間隔を焦点距離、Ｆナンバー、画角（２ω）と共に表２に示す。

第１の実施の形態において、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１の両面ｓ１２、ｓ１３及び第５レンズ群Ｇ５の接合正レンズＬ５１の物体側の面ｓ１９は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における上記各非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ｃ_４、Ｃ_６、Ｃ_８、Ｃ_１０を円錐定数と共に表３に示す。

数値実施例１における上記各条件式対応値を表４に示す。

図３乃至図５は数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図３は広角端状態（ｆ＝5.533）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝22.532）、図５は望遠端状態（ｆ＝49.796）における諸収差図を示す。

図３乃至図５の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し、コマ収差図においてＡは画角を示す。

図６乃至図８は数値実施例１の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図６はは広角端状態（ｆ＝5.533）、図７は中間焦点距離状態（ｆ＝22.532）、図８は望遠端状態（ｆ＝49.796）における横収差図を示す。なお、Ａは画角を示す。

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９は本発明ズームレンズの第２の実施の形態２のレンズ構成を示す図であり、第１レンズ群Ｇ１は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、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズＬ３１及び両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸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Ｌ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は両凸レンズＬ５１及び両凹レンズＬ５２により構成される。

第２の実施の形態２では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化時に固定である。

また、第５レンズ群Ｇ５中に配置される両凸レンズＬ５１が正部分群、両凹レンズＬ５２が負部分群として機能し、両凸レンズＬ５１が光軸に垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトすることが可能である。また、第５レンズ群Ｇ５の像側にプリズム、ローパスフィルタ等ＦＬが配置されている。

以下の表５に、上記第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の諸元の値を示す。

第２の実施の形態２において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔ｄ１６及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１９は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際に可変である。そこで、数値実施例２における、広角端状態と、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態と、望遠端状態における上記各面間隔を焦点距離、Ｆナンバー、画角（２ω）と共に表６に示す。

第２の実施の形態において、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズＬ３１の物体側の面ｓ１２、第５レンズ群Ｇ５の両凸レンズＬ５１の両面ｓ２０、ｓ２１は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における上記各非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ｃ_４、Ｃ_６、Ｃ_８、Ｃ_１０を円錐定数と共に表７に示す。

数値実施例２における上記各条件式対応値を表８に示す。

図１０乃至図１２は数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１０は広角端状態（ｆ＝5.509）、図１１は中間焦点距離状態（ｆ＝22.509）、図１２は望遠端状態（ｆ＝49.957）における諸収差図を示す。

図１０乃至図１２の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し、コマ収差図においてＡは画角を示す。

図１３乃至図１５は数値実施例２の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図１３はは広角端状態（ｆ＝5.509）、図１４は中間焦点距離状態（ｆ＝22.509）、図１５は望遠端状態（ｆ＝49.957）における横収差図を示す。なお、Ａは画角を示す。

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１６は本発明ズームレンズの第３の実施の形態３のレンズ構成を示す図であり、第１レンズ群Ｇ１は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、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズＬ３１及び両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸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Ｌ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は両凸レンズＬ５１と両凹レンズＬ５２により構成される。

第３の実施の形態３では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化時に固定である。

以下の表９に、上記第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の諸元の値を示す。

第３の実施の形態３において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔ｄ１６及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１９は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際に可変である。そこで、数値実施例３における、広角端状態と、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態と、望遠端状態における上記各面間隔を焦点距離、Ｆナンバー、画角（２ω）と共に表１０に示す。

第３の実施の形態において、第３レンズ群Ｇ３の接合レンズＬ３１の物体側の面ｓ１２、第５レンズ群Ｇ５の両凸レンズＬ５１の両面ｓ２０、ｓ２１は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における上記各非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ｃ_４、Ｃ_６、Ｃ_８、Ｃ_１０を円錐定数と共に表１１に示す。

数値実施例３における上記各条件式対応値を表１２に示す。

図１７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それぞれ示し、図１７は広角端状態（ｆ＝5.508）、図１８は中間焦点距離状態（ｆ＝22.497）、図１９は望遠端状態（ｆ＝49.945）における諸収差図を示す。

図１７乃至図１９の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し、コマ収差図においてＡは画角を示す。

図２０乃至図２２は数値実施例３の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図２０は広角端状態（ｆ＝5.500）、図２１は中間焦点距離状態（ｆ＝22.497）、図２２は望遠端状態（ｆ＝49.945）における横収差図を示す。なお、Ａは画角を示す。

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。

なお、上記した各実施の形態及び数値実施例において示した各部の形状及び数値は、いずれも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すぎず、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。

小型、且つ、高性能で、手ブレによる像のブレを補正することが可能であるので、手ブレを生じることが多い手持ち撮影を多用する用途に適用して好適である。

本発明ズームレンズの屈折力配置と変倍時における各レンズ群の可動の可否を示す図である。本発明ズームレンズの第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８と共に本発明ズームレンズの第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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横収差を示すものである。本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。図１１乃至図１５と共に本発明ズームレンズの第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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横収差を示すものである。本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。図１８乃至図２２と共に本発明ズームレンズの第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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横収差を示すものである。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、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、Ｌ５１…正部分群、Ｌ５２…負部分群、Ｓ…開口絞り

Claims

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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、
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、上記第５レンズ群が光軸方向で固定されるとともに、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が光軸方向に移動され、
開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、
上記第５レンズ群が正の屈折力を有する正部分群と該正部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、負の屈折力を有する負部分群とにより構成され、
上記正部分群が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り、
以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）０．５＜ｆｔ／|Ｒ52|＋ｆｔ／|Ｒ53|＜５
（２）０．１５＜ｆ5p／ｆｔ＜０．５
但し、
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ全系の焦点距離
Ｒ52：上記正部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径
Ｒ53：上記負部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径
ｆ5p：第５レンズ群中の正部分群の焦点距離
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（３）１．５＜ｆｔ／|ｆ5n|＜６
但し、
ｆ5n：第５レンズ群中の負部分群の焦点距離
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（４）０．２＜|（１−βａ）・βｂ|＜１．５
但し、
βａ：第５レンズ群中の正部分群の横倍率
βｂ：第５レンズ群中の負部分群の横倍率
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群は両凸形状の正レンズを有し、上記負部分群は両凹形状の負レンズを有し、以下の条件式（５）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（５）５＜ｆｔ／Ｒ51＋ｆｔ／Ｒ54＜１０
但し、
Ｒ51：上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径
Ｒ54：上記負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式（６）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（６）０．２５＜ｆｔ／ｆ５＜２
但し、
ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
近距離合焦時に第４レンズ群が移動可能である
ことを特徴とするズームレンズ。