JP4902240B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等の撮影装置に好適なズームレンズに関するものである。

固体撮像素子を用いたデジタルカメラ、ビデオカメラ用のズームレンズとしてはレンズ系全体が小型でかつ高ズーム比なものが要求されている。最も物体側のレンズ群が正の屈折力であるポジティブリードタイプのズームレンズは、高ズーム比化が容易で特に、ズーム比１０以上のズームレンズによく用いられている。ポジティブリードタイプにてレンズ系全体が小型で高ズーム比な構成として物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成る５群構成のズームレンズが知られている。

この５群構成のズームレンズにおいて、ズーミングに際して第１レンズ群と第４レンズ群を不動としたズームレンズが知られている（特許文献１〜４）。

特許文献１、３、４では、広角端から望遠端へのズーミングに際して第３レンズ群を物体側に単調に移動させた実施例を開示している。

また特許文献２では、ズーミングに際して第３レンズ群を不動とした実施例を開示している。

又、前述の５群構成のズームレンズにおいて、ズーミングに際して、第１〜第５レンズ群の全てのレンズ群を移動させるズームレンズが知られている（特許文献５）。
特開平５−２１５９６７号公報 特開平７−３１１３４１号公報 特開２００２−２２８９３１号公報 米国特許４９９１９４３号公報 特開２００２−３６５５４７号公報

近年、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に用いるズームレンズには撮像素子の狭画素化に伴い、高い光学性能を有し、かつレンズ全長の短い小型のズームレンズが要望されている。

特に、これらの要望を満足しようとするズームレンズには、カメラの厚みに強い影響を及ぼす前玉有効径（物体側の第１レンズ群の有効径）を小さくし、小型化を図ることが課題となっている。前玉有効径を小さくするためには、各レンズ群の屈折力を強めれば、レンズ系全体を小型化することが可能である。しかしながらこの方法は、少ないレンズ枚数にてズーム全域にわたり良好な光学性能を維持することが難しい。

また前述した５群構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群をズーミングに際して移動させて高ズーム比化を図る方法がある。しかしながら、この方法は、レンズ鏡筒機構が複雑になる、トルクの大きなアクチュエータが必要となる等の課題がある。

本発明は、レンズ系全体が小型で、高いズーム比のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第５レンズ群はズーミングに際して移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群はズーミングのためには不動であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第３レンズ群は物体側に凸状の軌跡を有するように移動し、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第３レンズ群の広角端から中間のズーム位置までの光軸方向の移動量をＭ３ｗｍ、前記第３レンズ群の広角端から望遠端までの光軸方向の移動量をＭ３ｗｔとするとき、
１．０＜｜ｆ４｜／ｆｗ＜１７．０
−０．８＜Ｍ３ｗｍ／ｆｗ＜−０．２
−０．４＜Ｍ３ｗｔ／ｆｗ＜０．２
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、小型で高ズーム比化のズームレンズが得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２、図３、図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図６、図７、図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１０、図１１、図１２はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１４、図１５、図１６はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１７は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側又は第３レンズ群Ｌ３中に位置しており、ズーミングに際して、第３レンズ群Ｌ３とともに移動している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像側であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

収差図において、ＦｎｏはＦナンバー、ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆは、順に、フラウンフォーファー線のｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線である。ωは半画角、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面を表している。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群）Ｌ２が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２、第３、第５レンズ群Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５を矢印のように移動させている。

具体的には、第２レンズ群Ｌ２を像側へ単調に移動させて変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させている。

第５レンズ群Ｌ５を変倍に伴う像点の変化を補正するように、非直線的に移動している。

第１レンズ群Ｌ１と第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングのためには不動である。

また、第５レンズ群Ｌ５を光軸上移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式を採用している。

例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、同図の直線５ｃに示すように、第５レンズ群Ｌ５を前方へ繰り出すことにより行っている。また、同図に示す第５レンズ群Ｌ５の実線の移動軌跡である曲線５ａと点線の曲線５ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。

このように第５レンズ群Ｌ５のズーミングにおける移動軌跡は物体距離によって異なっている。

各実施例において、第３レンズ群Ｌ３の全部又は一部を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれ（像点位置の変動）を補正している。即ち防振を行っている。これにより可変頂角プリズム等の光学部材や防振のためのレンズ群を新たに付加することなく防振を効果的に行っている。

各実施例では、ズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１を不動とし、第３レンズ群Ｌ３を移動させている。

ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１を不動とすると鏡筒構成上、外部からの圧力に強い構成とすることができる。

特に電動ズームとして第１レンズ群Ｌ１を動かす際は外部からの圧力に負けないように大きなトルクのアクチュエータが必要となる。このようなアクチュエータは小型化、静音化の面で課題を有することが多い。各実施例ではズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１を不動として第２レンズ群Ｌ２以降のレンズ群を移動させることで比較的トルクの小さなアクチュエータのみで構成している。これにより、レンズ系の小型化、及びズーミングの際の静音化を図っている。

次にズーミングに際し、第３レンズ群Ｌ３を物体側に凸状の軌跡で移動させることにより前玉径の小型化を図っている。

第３レンズ群Ｌ３を不動とすると前玉有効径はズーム位置における光線にて決まる。よって中間のズーム位置にて第１レンズ群Ｌ１と絞りＳＰとの距離を短縮するように配置すると前玉有効径が小型化される。

そこで各実施例では、ズーミング中第３レンズ群Ｌ３と絞りＳＰとを一体で移動させ、さらにこれらと第１レンズ群Ｌ１との間隔が広角端よりも中間のズーム位置にて短縮する（短くなる）ように移動させ前玉有効径を小型化している。

また小型かつ高ズーム比とするには変倍作用を極力第２レンズ群に分担させるのがよい。そこで第２レンズ群Ｌ２のズーミングに伴う移動ストロークを確保するために、第３レンズ群Ｌ３を中間のズーム位置から望遠端に向かっては像側に移動させている。結果として第３レンズ群Ｌ３を物体側に凸形状の軌跡で移動させて前玉有効径の小型化と高ズーム比化を図っている。

従来より小型で高ズーム比のズームレンズの構成として、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１〜第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズが知られている。

これに対して、本発明の各実施例では、物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の屈折力の第１〜第５レンズ群より成る５群構成としている。

特に各実施例は、従来の４群ズームレンズに比べて、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有しているのが特徴である。

４群構成のズームレンズと比べると負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４がある分、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の屈折力を強められる。これにより第３レンズ群Ｌ３の防振敏感度を高め、少ない移動量にて防振を容易としている。

結果として第３レンズ群Ｌ３の光学有効径が小さくなり、径方向の小型化が容易となる。

また防振のための駆動ユニットも小型化することができる。さらに負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４の屈折力をある程度強めると第５レンズ群Ｌ５に入射する光束をアフォーカルに近づけられる。これにより第５レンズ群Ｌ５の横倍率が小さくなりフォーカス敏感度を高めることができる。結果として第５レンズ群Ｌ５の移動ストロークを短縮し、フォーカス時の収差変動を低減している。

各実施例のズームレンズはレンズ系全体の小型化のために第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強めている。このようにすると望遠側で第１レンズ群Ｌ１にて軸上色収差、倍率色収差の二次スペクトルが増大してくる。これに対して各実施例では、第１レンズ群Ｌ１の接合レンズを構成する正レンズの材料に低分散で部分分散比が高い材料（アッベ数７０以上）を用いてこれら二次スペクトルを良好に補正している。

各実施例のズームレンズではズーミングに伴い絞りＳＰの開口径を変化させている。具体的には、広角端において絞り径が最も大きく、中間のズーム位置から望遠側においては、絞り径がこれよりも小さくなるようにしている。これにより中間のズーム位置から望遠側において、軸外光束の前玉を通過する高さを下げて、前玉有効径の小型化を図っている。

開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｌ３の物体側に又は第３レンズ群Ｌ３中に配置している。このようにすると望遠端にて第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔がさらにつめられ、レンズ全長の短縮が図れる。また第３レンズ群Ｌ３は正レンズ３１と負レンズ３２との間隔を隔てテレフォト配置しているため、この間に開口絞りＳＰを配置すると空間を有効活用することができる。

尚、各実施例において、第１レンズ群Ｌ１の物体側や第５レンズ群Ｌ５の像側に光学フィルターや屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。

又、テレコンバーターレンズやワイドコンバーターレンズ等を物体側や像側に配置しても良い。

次に各レンズ群のレンズ構成について説明する。

第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズからなる接合レンズ、正レンズで構成している。これによって高ズーム比ながら軸上色収差と、倍率色収差の各色消しと、球面収差の補正を良好に行っている。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズ、正レンズで構成している。各実施例では正レンズを高分散材料（アッベ数２０以下）より構成し、少ないレンズ枚数にてズーミングに伴う色収差の変動を良好に補正している。

第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に、物体側が凸面の正レンズ３１、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズ３２、両凸形状の正レンズ３３で構成している。正レンズ３１と負レンズ３２をある程度の間隔を隔てて配置することにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォト構成としている。これにより第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮しレンズ全長の短縮化を達成している。なおこのような負レンズ３２を設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生し、これが防振時における偏心歪曲が大きくなる場合がある。このときの偏心歪曲を低減させるには第３レンズ群Ｌ３全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。各実施例では負レンズ３２の像面側に正レンズ３３を配置することによってテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群Ｌ３内で歪曲収差を補正している。これにより第３レンズ群Ｌ３をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。

第４レンズ群Ｌ４は１枚の負レンズで構成している。各実施例において、第４レンズ群Ｌ４はズーミングに際し不動である。これによりズーミングに伴い第４レンズ群Ｌ４にて発生する色収差の変動が小さくなるようにして、特に、色消し構成としなくともよくしている。

なお第４レンズ群Ｌ４を少ないレンズ枚数にて屈折力を強めると球面収差が発生してくる。このときは第３レンズ群Ｌ３で発生する収差と補正することができるレンズ形状としている。

各実施例では、第３レンズ群Ｌ３の最終レンズ面と第４レンズ群Ｌ４の物体側のレンズ面で構成する空気レンズの屈折力がある程度弱くなるようにして互いの面で球面収差を補正している。

また第４レンズ群Ｌ４の負の屈折力を強めると像側のレンズ面にて糸巻き型の歪曲収差が発生してくる。このときは、第５レンズ群Ｌ５で発生する収差と補正するレンズ形状とするのが良い。

各実施例では第４レンズ群Ｌ４の像側のレンズ面と第５レンズ群Ｌ５の最も物体側レンズ面で構成する空気レンズの屈折力がある程度弱くなるようにして互いのレンズ面で歪曲収差を補正している。

第５レンズ群Ｌ５は正レンズと負レンズからなる全体として正の屈折力の接合レンズで構成している。これにより少ないレンズ枚数にて変倍に伴う像点変動の補正に伴う色収差の変動を抑えている。

以上のような構成とすることで各実施例では、高ズーム比でありながらコンパクトなズームレンズを達成している。さらに以下の条件式の１以上を満足するようにして各条件式に対応した効果を得ている。

広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとする。ｊを物体側から像側へ数えたレンズ群の順序を示し、第ｊレンズ群の焦点距離をｆｊとする。

第２レンズ群Ｌ２の広角端と、望遠端における横倍率を、各々β２ｗ、β２ｔとする。第３レンズ群Ｌ３の広角端と、望遠端における横倍率を各々β３ｗ、β３ｔとする。

第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５の望遠端における横倍率を各々β４ｔ、β５ｔとする。

第３レンズ群Ｌ３は２枚の正レンズと１枚の負レンズより構成され、該負レンズの焦点距離をｆ３ｎとする。

第４レンズ群Ｌ４は１枚の負レンズから構成され、該負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ、Ｒ４ｂとする。

第１レンズ群Ｌ１は正レンズと負レンズからなる接合レンズを有し、該接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をνｄ１ｐ、部分分散比をθｇＦ１ｐとする。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第３レンズ群Ｌ３は、物体側に凸状の軌跡を有するように移動している。このとき第３レンズ群Ｌ３の広角端に対する中間のズーム位置での光軸方向の距離をＭ３ｗｍ、第３レンズ群Ｌ３の広角端に対する望遠端での光軸方向の距離をＭ３ｗｔとする。

尚、中間のズーム位置Ｚａとは、ズーミングに際して、第３レンズ群Ｌ３が最も物体側に位置するズーム位置である。

部分分散比θｇＦは、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率をＮＣ、ＮＦ、Ｎｇとするとき、
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
なる式で表される。

又、距離Ｍ３ｗｍ、Ｍ３ｗｔの符号は、像側に比べて物体側に位置しているときをマイナス、物体側に比べ像側に位置しているときをプラスと定義する。

このとき、
１．０＜｜ｆ４｜／ｆｗ＜１７．０・・・（１）
−０．８＜Ｍ３ｗｍ／ｆｗ＜−０．２・・（２）
−０．４０＜Ｍ３ｗｔ／ｆｗ＜０．２０・・・（３）
０．７０＜（β２ｔ／β２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜２．００・・・（４）
０．０１＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．２０・・・（５）
１．００＜（１−β３ｔ）×β４ｔ×β５ｔ＜２．００・・・（６）
０．４＜｜ｆ３ｎ｜／ｆ３＜１．０・・・（７）
０．１＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜８．０・・・（８）
−０．００１６νｄ１ｐ＋０．６４１＜θｇＦ１ｐ・・・（９）
２．０＜ｆ１／ｆｗ＜６．０・・・（１０）
１．００＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．５０・・・（１１）
１．５＜ｆ３／ｆｗ＜３．０・・・（１２）
１．５＜ｆ５／ｆｗ＜３．０・・・（１３）
なる条件のうち１以上を満足している。

各実施例では、それぞれの条件式を満足することによって、それに応じた効果を得ている。

次に各条件式の技術的な意味について説明する。

条件式（１）は第４レンズ群Ｌ４の焦点距離、すなわち屈折力を規定する式である。条件式（１）の下限を超えて屈折力が強くなりすぎると、ペッツバール和がマイナス側に大きくなり像面彎曲の発生が多くなる。ペッツバール和を小さくするために、第４レンズ群Ｌ４の構成レンズ枚数を増やすと、レンズ全長が増大してくるので良くない。条件式（１）の上限を超えて屈折力が弱すぎると、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を配置した効果が弱まる。又、第３レンズ群Ｌ３の防振敏感度の低下により、第３レンズ群Ｌ３の径方向が増大してくる。

また第４レンズ群Ｌ４から射出する光束が収斂光になりやすく第５レンズ群Ｌ５のフォーカス敏感度が低下し移動ストロークが増大してくるので良くない。

条件式（２）は第３レンズ群Ｌ３の広角端に対する中間のズーム位置での光軸方向の距離に関し、ここでは広角端から中間のズーム位置への移動量に相当している。下限を超えて物体側への移動量が大きすぎると、中間のズーム位置にて第３レンズ群Ｌ３にて軸上色収差の発生がオーバーとなりすぎ、これを他のレンズ群にて補正することが困難となる。条件式（２）の上限を超えて物体側への移動量が小さすぎると、第３レンズ群Ｌ３のズーミングに伴う移動を凸形状の軌跡とする効果が弱まり前玉径が増大してくるので良くない。

条件式（３）は第３レンズ群Ｌ３の広角端に対する望遠端での光軸方向の距離を規定した式である。下限を超えて望遠端の位置が広角端より大きく物体側に位置すると、第２レンズ群Ｌ２の移動ストロークを確保するため、広角端における第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の間隔を大きくしなければならず、この結果前玉径が増大してくる。

条件式（３）の上限を超えて望遠端の位置が広角端より大きく像側に位置すると、望遠端にて第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４が干渉しないように広角側でこれらの間隔を広げる必要がある。このようにすると第４レンズ群Ｌ４以降の有効径が増大するので良くない。

条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２の変倍分担を規定する式である。下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の変倍分担が小さすぎると、第３レンズ群Ｌ３もしくは第５レンズ群Ｌ５の変倍作用を大きく強めなければならない。いずれの場合も移動ストロークが極端に増大し、レンズ全長が増大してくる。

条件式（４）にて１を越えることは第２レンズ群Ｌ２より後のレンズ群の合成系（第３レンズ群Ｌ３から第５レンズ群Ｌ５までの合成系）における変倍比が１を下回ることを意味する。条件式（４）の上限を超えると、この合成系の変倍比が１を大きく下回るため第２レンズ群Ｌ２を必要以上に変倍させなければならず全系として効率よく変倍するのが難しくなる。この場合は所望のズーム比を得るために第２レンズ群Ｌ２の移動量が必要以上に大きくなりレンズ全長が増大してくる。条件式（４）を満たすことで第２レンズ群Ｌ２とこの後続レンズ群の変倍分担が最適化されレンズ全長の短縮と高ズーム比化が容易になる。

条件式（５）は第３レンズ群Ｌ３の変倍分担を規定する式である。第３レンズ群Ｌ３の変倍比が１を大きく下回りゼロに近くなると条件式（５）もゼロに近づく。下限を超えてゼロに近づきすぎると第２レンズ群Ｌ２もしくは第５レンズ群Ｌ５の変倍作用を強めなければならない。いずれの場合も移動ストロークが極端に増大しレンズ全長が増大してくる。

条件式（５）の上限を超えて変倍分担が大きすぎると、第３レンズ群Ｌ３が広角端から望遠端に向かって物体側に大きく移動する。このときの移動量が大きくなると、広角端での第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３との距離を大きくとらなければならない。この結果第１レンズ群Ｌ１および第２レンズ群Ｌ２の有効径が増大してくる。

尚、条件式（４）と（５）を満たすと第２レンズ群Ｌ２より後続レンズ群の変倍分担も最適化されるのでより好ましい。

条件式（６）は第３レンズ群Ｌ３の防振敏感度を規定した式である。（１−β３ｔ）×β４ｔ×β５ｔは第３レンズ群Ｌ３の光軸と垂直方向への移動量とこれに伴い発生する結像面上の像点移動量の比を表し、大きな値ほど少ない移動量で像点移動が可能となる。

条件式（６）の下限値を超えて防振敏感度が低すぎる場合は防振のための移動ストロークが増大し第３レンズ群Ｌ３の有効径が増大する。この結果、第３レンズ群Ｌ３を構成する各レンズ外径が大型化し、しいてはレンズホルダー、防振機構の大型化を招くので良くない。また防振敏感度が高いと防振制御を行う際、第３レンズ群Ｌ３を微小駆動させる必要があるが、上限を超えて防振敏感度が高すぎると精度良く制御することが困難となる。

条件式（７）は第３レンズ群Ｌ３を構成する負レンズの焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。条件式（７）の下限を超えて屈折力が強すぎると、ペッツバール和がマイナス側に大きくなり像面彎曲が多く発生してくる。

条件式（７）の上限を超えて屈折力が弱すぎると、直前の正レンズとで構成するテレフォト構成が弱まり第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮しレンズ全長を短縮化するのが難しくなる。

条件式（８）は第４レンズ群Ｌ４の１枚の負レンズのレンズ形状因子を規定する式である。下限を超えて物体側のレンズ面の曲率が強まりすぎると球面収差がオーバー側に発生するので良くない。条件式（８）にて１を越えると像側に凹面を向けたメニスカス形状となる。

条件式（８）の上限を超えてメニスカスの度合いが強まりすぎると第４レンズ群Ｌ４の前側主点位置が像側によりすぎ第３レンズ群Ｌ３との空気間隔を確保するのが困難となる。

条件式（９）は第１レンズ群Ｌ１の接合レンズを構成する正レンズの材料の部分分散比を規定する式である。

条件式（９）の下限を超えて部分分散比θｇＦ１ｐがアッベ数νｄ１ｐに対して小さすぎると接合レンズを構成する負レンズで発生する二次スペクトルの補正が難しくなり、特に望遠側において軸上色収差および軸外色収差における二次スペクトルが増大してくる。

条件式（１０）は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。条件式（１）の下限を超えて屈折力が強すぎると望遠側において球面収差が多く発生してくる。条件式（１０）の上限を超えて屈折力が弱すぎると第２レンズ群Ｌ２を中間のズーム位置にて等倍とすることが難しくなる。第２レンズ群Ｌ２の横倍率が中間のズーム位置で等倍となるようにすると像点補正のための第５レンズ群Ｌ５の移動ストロークが抑えられる。条件式（１０）の上限を超えると第５レンズ群Ｌ５の移動ストロークが増大してくるので良くない。

条件式（１１）は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。条件式（１１）の下限を超えて屈折力が強すぎると第２レンズ群で発生する変倍に伴う収差変動が増大してくる。

特に球面収差、コマ収差、像面彎曲の変動が増大してくる。条件式（１１）の上限を超えて屈折力が弱すぎると所望のズーム比を得るために第２レンズ群Ｌ２の移動ストロークが増大するためレンズ全長及び前玉径が増大してくる。

条件式（１２）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。条件式（１２）の下限を超えて屈折力が強すぎると防振のために第３レンズ群Ｌ３を光軸垂直方向へ移動した際の収差変動が増大してくる。

特に偏芯コマ収差、像面倒れの発生が多くなる。

条件式（１２）の上限を超えて屈折力が弱すぎると防振のために第３レンズ群Ｌ３を光軸垂直方向へ移動する際のストロークが増大するため第３レンズ群の径方向が大型化してくる。

条件式（１３）は第５レンズ群Ｌ５の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。条件式（１３）の下限を超えて屈折力が強すぎるとフィルター等を挿入するために必要な長さのバックフォーカスを確保するのが困難となる。

条件式（１３）の上限を超えて屈折力が弱すぎると変倍に伴うピント変動の補正およびフォーカシングのために移動するストロークが増大するので良くない。

さらに好ましくは各条件式の数値範囲を次の如く設定するのが好ましい。

１．５＜｜ｆ４｜／ｆｗ＜１６．０・・・（１ａ）
−０．７＜Ｍ３ｗｍ／ｆｗ＜−０．２・・（２ａ）
−０．３５＜Ｍ３ｗｔ／ｆｗ＜０．１８・・・（３ａ）
０．７５＜（β２ｔ／β２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜１．９５・・・（４ａ）
０．０３＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．１７・・・（５ａ）
１．１５＜（１−β３ｔ）×β４ｔ×β５ｔ＜１．９０・・・（６ａ）
０．５＜｜ｆ３ｎ｜／ｆ３＜０．９・・・（７ａ）
０．２＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜７．６・・・（８ａ）
３．０＜ｆ１／ｆｗ＜５．０・・・（１０ａ）
１．０５＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．４０・・・（１１ａ）
１．７＜ｆ３／ｆｗ＜２．７・・・（１２ａ）
１．７＜ｆ５／ｆｗ＜２．８・・・（１３ａ）
以上のように、各実施例によれば、第１レンズ群Ｌ１をズーミングの際に不動とした構成にて、１０倍程度の高ズーム比を有し、前玉有効径の小型化を図った高性能なズームレンズが得られる。

次に本発明のズームレンズの撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図１７を用いて説明する。

図１７においては、２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内臓され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像素子に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

以下に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒiはレンズ面の曲率半径、Ｄiは第i面と第i+1面との間のレンズ肉厚および空気間隔、Ｎi、νiはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２面は光学ブロックの平面である。

また、B,C,D,Eは非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき

で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数である。

前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。

＜数値実施例１＞
ｆ＝6.65〜 64.60 Ｆｎｏ＝ 3.61 〜 5.67 ２ω＝53.5゜ 〜 5.9゜
R 1 = 34.046 D 1 = 1.30 N 1 = 1.805181 ν 1 = 25.4
R 2 = 21.362 D 2 = 4.00 N 2 = 1.496999 ν 2 = 81.5
R 3 = -222.504 D 3 = 0.10
R 4 = 19.848 D 4 = 2.40 N 3 = 1.603112 ν 3 = 60.6
R 5 = 54.761 D 5 = 可変
R 6 = 46.607 D 6 = 0.70 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 5.978 D 7 = 2.85
R 8 = -32.488 D 8 = 0.60 N 5 = 1.696797 ν 5 = 55.5
R 9 = 18.150 D 9 = 0.40
R10 = 10.973 D10 = 1.70 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 29.933 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 1.50
R13 = 10.521 D13 = 2.00 N 7 = 1.693500 ν 7 = 53.2
R14 = -36.903 D14 = 3.46
R15 = 72.561 D15 = 0.60 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 8.320 D16 = 0.27
R17 = 11.308 D17 = 2.10 N 9 = 1.603112 ν 9 = 60.6
R18 = -20.621 D18 = 可変
R19 = -29.577 D19 = 0.70 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = 13.248 D20 = 可変
R21 = 14.526 D21 = 2.90 N11 = 1.804000 ν11 = 46.6
R22 = -17.609 D22 = 0.60 N12 = 1.846660 ν12 = 23.9
R23 = -65.759 D23 = 可変
R24 = ∞ D24 = 1.28 N13 = 1.516330 ν13 = 64.1
R25 = ∞

＼焦点距離 6.65 19.43 64.60
可変間隔＼
D 5 0.70 10.00 19.30
D11 20.08 7.53 1.48
D18 1.50 4.75 1.50
D20 5.92 3.67 9.26
D23 7.13 9.39 3.79

非球面係数
R14 ｋ=-1.43239e+02 Ｂ=-1.80347e-04 Ｃ=1.55168e-05 Ｄ=-4.23854e-07
Ｅ=0.00000e+00

＜数値実施例２＞
ｆ＝6.61〜 64.78 Ｆｎｏ＝ 3.60 〜 5.67 ２ω＝53.7゜ 〜 5.9゜
R 1 = 33.513 D 1 = 1.30 N 1 = 1.846660 ν 1 = 23.9
R 2 = 21.293 D 2 = 4.00 N 2 = 1.487490 ν 2 = 70.2
R 3 = -221.076 D 3 = 0.10
R 4 = 20.037 D 4 = 2.40 N 3 = 1.603112 ν 3 = 60.6
R 5 = 61.171 D 5 = 可変
R 6 = 41.723 D 6 = 0.70 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 5.814 D 7 = 3.01
R 8 = -28.688 D 8 = 0.60 N 5 = 1.696797 ν 5 = 55.5
R 9 = 17.684 D 9 = 0.40
R10 = 10.908 D10 = 1.70 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 33.976 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 0.50
R13 = 9.977 D13 = 2.00 N 7 = 1.693500 ν 7 = 53.2
R14 = -37.158 D14 = 3.51
R15 = 387.649 D15 = 0.60 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 8.113 D16 = 0.29
R17 = 11.247 D17 = 2.10 N 9 = 1.603112 ν 9 = 60.6
R18 = -639.500 D18 = 可変
R19 = 14.054 D19 = 0.70 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = 10.731 D20 = 可変
R21 = 14.536 D21 = 2.90 N11 = 1.804000 ν11 = 46.6
R22 = -37.028 D22 = 0.60 N12 = 1.846660 ν12 = 23.9
R23 = -251.285 D23 = 可変
R24 = ∞ D24 = 1.28 N13 = 1.516330 ν13 = 64.1
R25 = ∞

＼焦点距離 6.61 26.05 64.78
可変間隔＼
D 5 0.70 13.72 19.30
D11 21.03 6.60 1.43
D18 0.50 1.91 1.50
D20 6.92 2.43 9.60
D23 7.40 11.88 4.72

非球面係数
R14 ｋ=-2.14372e+02 Ｂ=-3.53656e-04 Ｃ=3.48279e-05 Ｄ=-1.39789e-06
Ｅ=0.00000e+00

＜数値実施例３＞
ｆ＝6.50〜 64.60 Ｆｎｏ＝ 3.61 〜 5.67 ２ω＝54.5゜ 〜 5.9゜
R 1 = 36.036 D 1 = 1.30 N 1 = 1.728250 ν 1 = 28.5
R 2 = 20.572 D 2 = 4.00 N 2 = 1.438750 ν 2 = 95.0
R 3 = -108.255 D 3 = 0.10
R 4 = 18.755 D 4 = 2.40 N 3 = 1.603112 ν 3 = 60.6
R 5 = 53.640 D 5 = 可変
R 6 = 46.108 D 6 = 0.70 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 6.024 D 7 = 2.73
R 8 = -41.506 D 8 = 0.60 N 5 = 1.696797 ν 5 = 55.5
R 9 = 17.655 D 9 = 0.40
R10 = 10.769 D10 = 1.50 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 27.978 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 1.50
R13 = 10.777 D13 = 2.00 N 7 = 1.693500 ν 7 = 53.2
R14 = -37.304 D14 = 3.61
R15 = -58.658 D15 = 0.60 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 8.738 D16 = 0.22
R17 = 11.175 D17 = 2.10 N 9 = 1.804000 ν 9 = 46.6
R18 = -17.983 D18 = 可変
R19 = -18.910 D19 = 0.70 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = 9.648 D20 = 可変
R21 = 14.324 D21 = 3.30 N11 = 1.804000 ν11 = 46.6
R22 = -11.012 D22 = 0.60 N12 = 1.846660 ν12 = 23.9
R23 = -30.531 D23 = 可変
R24 = ∞ D24 = 1.28 N13 = 1.516330 ν13 = 64.1
R25 = ∞

＼焦点距離 6.50 20.58 64.60
可変間隔＼
D 5 0.70 9.82 19.70
D11 19.50 6.12 1.50
D18 1.50 5.76 0.50
D20 4.76 4.60 8.86
D23 7.65 7.80 3.54

非球面係数
R13 ｋ=7.20570e-01 Ｂ=1.71220e-05 Ｃ=-7.85975e-06 Ｄ=4.66646e-07
Ｅ=0.00000e+00
R14 ｋ=-2.19192e+02 Ｂ=-2.78497e-04 Ｃ=2.94176e-05 Ｄ=-1.06973e-06
Ｅ=0.00000e+00

＜数値実施例４＞
ｆ＝6.66〜 64.66 Ｆｎｏ＝ 3.61 〜 5.67 ２ω＝53.4゜ 〜 5.9゜
R 1 = 33.730 D 1 = 1.30 N 1 = 1.805181 ν 1 = 25.4
R 2 = 21.242 D 2 = 4.00 N 2 = 1.496999 ν 2 = 81.5
R 3 = -222.548 D 3 = 0.10
R 4 = 19.592 D 4 = 2.40 N 3 = 1.603112 ν 3 = 60.6
R 5 = 55.735 D 5 = 可変
R 6 = 51.057 D 6 = 0.70 N 4 = 1.882997 ν 4 = 40.8
R 7 = 5.957 D 7 = 2.95
R 8 = -26.146 D 8 = 0.60 N 5 = 1.696797 ν 5 = 55.5
R 9 = 18.026 D 9 = 0.40
R10 = 11.320 D10 = 1.70 N 6 = 1.922860 ν 6 = 18.9
R11 = 35.176 D11 = 可変
R12 = 10.850 D12 = 2.00 N 7 = 1.693500 ν 7 = 53.2
R13 = -36.094 D13 = 1.00
R14 = 絞り D14 = 2.50
R15 = 74.437 D15 = 0.60 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.9
R16 = 8.361 D16 = 0.23
R17 = 10.566 D17 = 2.10 N 9 = 1.603112 ν 9 = 60.6
R18 = -18.880 D18 = 可変
R19 = -35.563 D19 = 0.70 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R20 = 11.702 D20 = 可変
R21 = 15.140 D21 = 2.90 N11 = 1.804000 ν11 = 46.6
R22 = -16.517 D22 = 0.60 N12 = 1.846660 ν12 = 23.9
R23 = -51.845 D23 = 可変
R24 = ∞ D24 = 1.28 N13 = 1.516330 ν13 = 64.1
R25 = ∞

＼焦点距離 6.66 24.48 64.66
可変間隔＼
D 5 0.70 11.20 18.20
D11 20.15 5.81 0.65
D18 1.50 5.34 3.50
D20 6.75 3.20 8.79
D23 7.10 10.65 5.07

非球面係数
R13 ｋ=-1.32894e+02 Ｂ=-1.83375e-04 Ｃ=1.72475e-05 Ｄ=-5.54298e-07
Ｅ=0.00000e+00

実施例１のレンズ断面図 実施例１に対応する数値実施例の広角端における収差図 実施例１に対応する数値実施例の中間のズーム位置における収差図 実施例１に対応する数値実施例の望遠端における収差図 実施例２のレンズ断面図 実施例２に対応する数値実施例の広角端における収差図 実施例２に対応する数値実施例の中間のズーム位置における収差図 実施例２に対応する数値実施例の望遠端における収差図 実施例３のレンズ断面図 実施例３に対応する数値実施例の広角端における収差図 実施例３に対応する数値実施例の中間のズーム位置における収差図 実施例３に対応する数値実施例の望遠端における収差図 実施例４のレンズ断面図 実施例４に対応する数値実施例の広角端における収差図 実施例４に対応する数値実施例の中間のズーム位置における収差図 実施例４に対応する数値実施例の望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１：第１レンズ群
Ｌ２：第２レンズ群
Ｌ３：第３レンズ群
Ｌ４：第４レンズ群
Ｌ５：第５レンズ群
ＳＰ：開口絞り
ＩＰ：像面
ｄ ：ｄ線
ｇ ：ｇ線
Ｃ ：Ｃ線
Ｆ ：Ｆ線
ΔＳ：サジタル像面
ΔＭ：メリディオナル像面
ω ：半画角

Claims (10)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第５レンズ群はズーミングに際して移動し、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群はズーミングのためには不動であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第３レンズ群は物体側に凸状の軌跡を有するように移動し、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第３レンズ群の広角端から中間のズーム位置までの光軸方向の移動量をＭ３ｗｍ、前記第３レンズ群の広角端から望遠端までの光軸方向の移動量をＭ３ｗｔとするとき、
   １．０＜｜ｆ４｜／ｆｗ＜１７．０
   −０．８＜Ｍ３ｗｍ／ｆｗ＜−０．２
   −０．４＜Ｍ３ｗｔ／ｆｗ＜０．２
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群の広角端と望遠端における横倍率を各々β２ｗ、β２ｔ、前記第３レンズ群の広角端と望遠端における横倍率を各々β３ｗ、β３ｔ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   ０．７＜（β２ｔ／β２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜２．０
   ０．０１＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．２
   なる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。
3. 前記第３レンズ群の望遠端における横倍率をβ３ｔ、前記第４レンズ群の望遠端における横倍率をβ４ｔ、前記第５レンズ群の望遠端における横倍率をβ５ｔとするとき、
   １．０＜（１−β３ｔ）×β４ｔ×β５ｔ＜２．０
   なる条件を満足す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。
4. 前記第３レンズ群は２枚の正レンズと１枚の負レンズより構成され、該負レンズの焦点距離をｆ３ｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   ０．４＜｜ｆ３ｎ｜／ｆ３＜１．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項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４レンズ群は１枚の負レンズから構成され、該負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ、Ｒ４ｂとするとき、
   ０．１＜（Ｒ４ａ＋Ｒ４ｂ）／（Ｒ４ａ−Ｒ４ｂ）＜８．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群は正レンズと負レンズからなる接合レンズを有し、該接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をνｄ１ｐ、部分分散比をθｇＦ１ｐとするとき、
   −０．００１６νｄ１ｐ＋０．６４１＜θｇＦ１ｐ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ２．０＜ｆ１／ｆｗ＜６．０
   １．０＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５とするとき、
   １．５＜ｆ３／ｆｗ＜３．０
   １．５＜ｆ５／ｆｗ＜３．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。