JP4935034B2

JP4935034B2 - ズームレンズ及び撮像装置

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Publication number: JP4935034B2
Application number: JP2005275069A
Authority: JP
Inventors: 基之大竹
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007086403A

Description

本発明は新規なズームレンズ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の撮像素子により受光するカメラに適切な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(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。

上記した撮像素子を用いたビデオカメラ用のズームレンズとして、様々なタイプのズームレンズが提案されてきた。

例えば、特許文献１や特許文献２においては、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つのレンズ群が配列されて構成される、所謂、正負正正４群ズームレンズが開示されている。これら正負正正４群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２レンズ群が像側へ移動し、像面位置の変動を補償するように第４レンズ群が移動し、被写体位置の変動による像面位置の変動を第４レンズ群の移動により補償している。

これら、ズームレンズでは第２レンズ群が唯一の負レンズ群であり、レンズ位置状態の変化に伴う諸収差の変動を補正し、良好なる結像性能を得る上で重要な役割をなしていた。

例えば、特許文献３や特許文献４において開示されているズームレンズでは、第２レンズ群が負レンズ及び負レンズと正レンズとの接合レンズで構成されている。

あるいは、特許文献５において開示されるズームレンズでは、第２レンズ群が、負レンズ、負レンズ、正レンズの３つの独立したレンズで構成されている。また、特許文献６によるズームレンズでは、第２レンズ群が、負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズの４枚のレンズで構成されている。

特開平３−１２６２１号公報特開２００３−２９５０５９号公報特開２０００−３４７１０３号公報特開２００１−５１１９６号公報特開平８−１６０２９９号公報特開２００２−３６５５３９号公報

しかしながら、特許文献５に示されたズームレンズのように、第２レンズ群を第１負レンズ、第２負レンズ、正レンズの３つの分離したレンズ要素で構成する場合、第２負レンズと正レンズとの相互偏心による性能劣化が大きくなってしまうという問題点があった。同様に、特許文献６に示されたズームレンズのように、第２レンズ群が接合レンズを含む分離した３つのレンズ要素で構成される場合、第２レンズ群の光軸方向の厚みが非常に大きくなり、その結果、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の大型化を引き起こしてしまう。

また、特許文献３や特許文献４に示されたズームレンズでは、第２レンズ群のレンズ厚の薄型化が充分でなく、第１レンズ群のレンズ径が大きくなってしまうという問題点があった。

本発明は、上記した問題点に鑑み、小型化と高性能化に適した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、物体側より順に配列された、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、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１レンズ群と上記第２レンズ群との間の間隔が増大し、上記第２レンズ群と上記第３レンズ群との間の間隔が減少し、上記第３レンズ群と上記第４レンズ群との間の間隔が変化するように、少なくとも第２レンズ群が像側へ移動して、上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けた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正レンズとの接合レンズが配列されて構成され、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、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１レンズ群及び上記第３レンズ群は固定であり、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が可動であり、被写体位置が変化する際に、上記第４レンズ群が移動し、Ｎ21を第２レンズ群中に配置される負レンズのｄ線に対する屈折率、Ｎ22を第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率、Ｎ23を第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率、Ｒ23を第２レンズ群に配置される接合レンズを構成する負レンズの物体側レンズ面の曲率半径、Ｒ24を第２レンズ群に配置される接合レンズを構成する負レンズの像側レンズ面の曲率半径、β2tを望遠端状態における第２レンズ群の横倍率、Ｚをズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）として、条件式（１）Ｎ21＞１．８、条件式（２）Ｎ23−Ｎ22＞０．３５、条件式（３）０．３＜（Ｒ23＋Ｒ24）／（Ｒ23−Ｒ24）＜０．７及び条件式（４）−Ｚ＜β2t＜−１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、小型かつ高性能である。

そして、本発明撮像装置は、上記した本発明ズームレンズと、それによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備える。

本発明ズームレンズは、物体側より順に配列された、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、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１レンズ群と上記第２レンズ群との間の間隔が増大し、上記第２レンズ群と上記第３レンズ群との間の間隔が減少し、上記第３レンズ群と上記第４レンズ群との間の間隔が変化するように、少なくとも第２レンズ群が像側へ移動して、上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けた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正レンズとの接合レンズが配列されて構成され、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、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１レンズ群及び上記第３レンズ群は固定であり、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が可動であり、被写体位置が変化する際に、上記第４レンズ群が移動し、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする。
（１）Ｎ21＞１．８
（２）Ｎ23−Ｎ22＞０．３５
（３）０．３＜（Ｒ23＋Ｒ24）／（Ｒ23−Ｒ24）＜０．７
（４）−Ｚ＜β2t＜−１
但し、
Ｎ21：第２レンズ群中に配置される負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ22：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率
Ｒ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの物体側レンズ面の曲率半径
Ｒ24：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの像側レンズ面の曲率半径
β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
Ｚ：ズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）
とする。

従って、本発明ズームレンズにあっては、小型化及び高性能化を図ることができ、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得ることができる。

本発明撮像装置は、上記した本発明ズームレンズと、該ズームレンズによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、さらに、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、上記第１レンズ群及び上記第３レンズ群は固定であり、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が可動であり、被写体位置が変化する際に、第４レンズ群が移動するので、駆動機構の小型化やレンズ鏡筒の小型化を図ることができ、また、鏡筒構造の簡略化も図れる。

本発明にあっては、さらに、β2tを望遠端状態における第２レンズ群の横倍率、Ｚをズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）として、条件式（４）−Ｚ＜β2t＜−１を満足するので、レンズ全長のさらなる短縮化が可能になる。

請求項２に記載した発明にあっては、ｆ２を第２レンズ群のｄ線に対する焦点距離、ｆｗを広角端状態における焦点距離、ｆｔを望遠端状態における焦点距離として、条件式（５）０．４５＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．７を満足するので、レンズ全系の小型化とさらなる高性能化との両立を図ることができる。

請求項３に記載した発明にあっては、上記第５レンズ群は、レンズ位置状態が変化する際に固定であり、負の屈折力を有する負部分群とそ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ので、負の歪曲収差をより良好に補正することができる。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置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、物体側より順に配列された、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レンズ群の４つのレンズ群、第５レンズ群から成り、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、少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群とが移動し、第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間の間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間の間隔が変化するように構成される。

本発明ズームレンズにおいては、以上の構成の基で、以下の（Ａ）、（Ｂ）の点に着目することで、小型化と高性能化、そして、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得ることできる。
（Ａ）開口絞りを第３レンズ群近傍に配置する
（Ｂ）第２レンズ群は負レンズＬ２１とその像側に配置され、両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３との接合レンズにより構成する
一般に、レンズ径の小型化を図る上で、開口絞りの位置は重要である。具体的には、各レンズ群を通過する軸外光束が光軸から極端に離れないようにするために、レンズ系の中央付近に配置することが望ましい。

本発明ズームレンズにおいては、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、第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔が増大することにより、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れ、また、同時に、第２レンズ群と第３レンズ群との間の間隔が減少することにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づく。この高さの変化を利用して、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し、高性能化を達成している。

本発明ズームレンズにおいては、第４レンズ群も可動群であり、第３レンズ群と第４レンズ群との間の間隔が変化することにより、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更に良好に補正している。

各レンズ群を通過する軸外光束の高さを効果的に変化させ、且つ、レンズ径の小型化を図るために、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している。

本発明ズームレンズにおいては、以上のような構成の基において、以下のように第２レンズ群を構成している。

第２レンズ群を、負レンズＬ２１及びその像側に配置され両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３との接合レンズにより構成する。すなわち、第２レンズ群を２つのレンズブロックで構成することにより、レンズ鏡筒の構成を簡易化し、レンズ径の小型化を実現している。

以上のように構成するために、以下の３点について工夫している。
［Ｂ−１］物体側に配置される負レンズＬ２１の屈折率を高くする
［Ｂ−２］像側に配置される接合レンズにおいて、負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との間の屈折率差を大きくする
［Ｂ−３］負レンズＬ２２のベンディング形状を適切な形状とする
まず、本発明ズームレンズにおいては、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確保する上で、第２レンズ群の構成が重要である点に着目した。

本発明ズームレンズにおいて、第２レンズ群が唯一の負レンズ群であり、強い屈折力を有するため、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正することが肝要である。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レンズ群に入射する軸外光束が高さがほぼ一定で、入射角度が変化するため、軸外収差の発生を抑える必要がある。

このため、第２レンズ群を構成する各レンズが強い屈折力を有し、製造時に発生する相互偏心による性能劣化が大きくなりやすかった。上述の通り、第２レンズ群を３つ以上のレンズブロックにより構成する場合、設計上の自由度が増すため、設計上の光学性能を高くすることができるが、レンズ室に収める際に相互偏心が発生しやすく、その結果、安定した光学品質を維持することが難しかった。

特許文献５に示されるように、第２レンズ群を、第１負レンズ、第２負レンズ、正レンズで構成する場合、第２負レンズの像側レンズ面と正レンズの物体側レンズ面とにより、それぞれ、正の球面収差、負の球面収差を発生させ、打ち消し合うようにしているために、製造時に発生する相互偏心により性能劣化が発生しやすい。

そこで、本発明ズームレンズにおいては、第２レンズ群を、負レンズＬ２１及び両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３との接合レンズで構成することにより、製造時における相互偏芯の影響を少なくして安定した光学品質を確保することができる。

第１に、物体側に配置される負レンズＬ２１の屈折率を高めることによって、広角端状態において画角の変化に伴う、コマ収差の変動を良好に補正できる。また、負レンズ２１の像側レンズ面の曲率半径を緩めることができるため、第２レンズ群全体のレンズ厚を薄くすることが可能となり、レンズ径の小型化も図ることができる。

第２に、接合レンズ中の負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との間の屈折率差を大きくすることにより、接合面において適切な負の球面収差が発生し、その結果、第２レンズ群で発生する正の球面収差を良好に補正することができる。上記屈折率差を大きくすることで、接合面の曲率半径を緩めることができるため、第２レンズ群全体のレンズ厚を薄くすることができ、その結果、第１レンズ群の小径化も図ることができる。

負レンズＬ２２は物体側レンズ面が物体側に強い凹面を向けた場合、広角端状態で画角によるコマ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。また、像側レンズ面が像側に強い凹面を向けた場合、接合面において多大なる負の球面収差が発生してしまうため、製造時に発生する相互偏心により著しく性能が劣化してしまう。このため、負レンズＬ２２を適切な形状とすることが肝要である。

以上のように、本発明ズームレンズにおいては上記条件（Ａ）及び（Ｂ）を満足するように構成することで、高い光学性能と製造時の組付誤差の影響を小さくして安定した光学品質を確保することができる。

そして、本発明ズームレンズにあっては、以下の条件式（１）乃至（３）を満足することを要する。
（１）Ｎ21＞１．８
（２）Ｎ23−Ｎ22＞０．３５
（３）０．３＜（Ｒ23＋Ｒ24）／（Ｒ23−Ｒ24）＜０．７
但し、
Ｎ21：第２レンズ群中に配置される負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ22：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率
Ｒ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの物体側レンズ面の曲率半径
Ｒ24：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの像側レンズ面の曲率半径
とする。

上記条件式（１）は第２レンズ群中の負レンズＬ２１の屈折率を規定する条件式であり、広角端状態において発生する、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正するための条件式である。

条件式（１）の下限値を下回った場合、広角端状態で画面周縁部でのコマ収差が良好に補正できず、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。

上記条件式（２）は第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズＬ２２と正レンズＬ２３との間の屈折率差を規定する条件式であり、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正するための条件式である。

条件式（２）の下限値を下回った場合、第２レンズ群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ず、レンズ径の小型化が充分に図れなくなってしまう。これは、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正するには、第２レンズ群の屈折力を弱めざるを得ず、その結果、所定の変倍比を確保するために必要な第２レンズ群の移動量が大きくなり、軸外光束が光軸から離れて通過するからである。

なお、本発明ズームレンズにおいては、条件式（２）の下限値を０．３７とすることにより、接合面の曲率半径を緩め、レンズ厚の薄型化が図れ、軽量化できる。

上記条件式（３）は上述の［Ｂ−３］を数値限定する条件式である。

条件式（３）の上限値を上回った場合、接合レンズで発生する負の球面収差が極端に大きくなってしまい、負レンズＬ２１と接合レンズとの間の相対偏心による性能劣化が著しく大きくなり、製造時に安定した光学品質を確保することが難しくなってしまう。

逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合、接合レンズの物体側レンズ面が物体側に強い凹面を向けるため、広角端状態において画角の変化に伴うコマ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。

なお、本発明ズームレンズにおいては、広角端状態におけるコマ収差をより良好に補正し、更なる高性能化を実現するには、条件式（３）の下限値を０．３７とすることが望ましい。

本発明ズームレンズにおいては、第１レンズ群から第４レンズ群までのうち、第２レンズ群と第４レンズ群だけを可動レンズ群とし、且つ、第２レンズ群が変倍作用をなし、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、補償作用と、被写体位置の変動による像面位置の変動を補償する、合焦作用をなすことが望ましい。このように構成することにより、可動レンズ群の数を減らし、駆動機構の簡略化やレンズ鏡筒の小型化を図ることができる。また、第４レンズ群がコンペンゼート作用とフォーカス作用とを兼ね備えることにより、鏡筒構造の簡略化を図っている。

本発明ズームレンズは以下の条件式（４）を満足する。
（４）−Ｚ＜β2t＜−１
但し、
β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
Ｚ：ズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）とする。

上記条件式（４）は望遠端状態における第２レンズ群の横倍率を規定する条件式である。

条件式（４）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２レンズ群の横倍率が−１倍となるレンズ位置状態が存在することを意味する。

このように第２レンズ群の横倍率が−１となる場合、第４レンズ群がコンペンゼート作用を行うのに、移動する方向が物体側から像側へ変化するため、第３レンズ群と第４レンズ群との間の間隔を狭め、レンズ全長の短縮化を図ることができる。

望遠端状態で第２レンズ群の横倍率β2tが−１より小さくなる場合、もしくは、広角端状態での第２レンズ群の横倍率β2wが−１より大きくなる場合に、広角端状態と望遠端状態との間に第２レンズ群の横倍率が−１となる位置が存在する。

本発明ズームレンズにおいては、第２レンズ群が唯一変倍作用を有するレンズ群であり、広角端状態での横倍率をβ2w、望遠端状態での横倍率をβ2tとする時、ズーム比Ｚは
Ｚ≒β2t／β2w
となる（第４レンズ群の位置が広角端状態と望遠端状態とで一致する際に等号となる）。広角端状態での第２レンズ群の横倍率β2wが−１の時、望遠端状態での第２レンズ群の横倍率β2tが−Ｚとなるため、上記条件式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２レンズ群の横倍率が−１倍となるレンズ位置状態があることを意味する。

なお、好ましくは条件式（４）の下限値を−Ｚ^1/2とすることが望ましい。β2t＝−Ｚ^1/2となる場合、第４レンズ群の位置が広角端状態と望遠端状態とで同じになる。β2t＜−Ｚ^1/2となる場合、第４レンズ群の位置が望遠端状態で像側に位置する。この場合、第２レンズ群の移動による像面位置の変動を補償する際に必要な第４レンズ群の移動量が非常に大きくってしまう。結果、第４レンズ群をより高速に移動させる必要が生じ、駆動機構が極めて大型化してしまう。

本発明ズームレンズにおいては、レンズ径の小型化と高性能化との両立を図るために、上記条件式（４）を満足し、更に、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）０．４５＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．７
但し、
ｆ２：第２レンズ群のｄ線に対する焦点距離
ｆｗ：広角端状態における焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における焦点距離
とする。

上記条件式（５）は第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（５）の上限値を上回った場合、所定の変倍比を確保するのに必要な第２レンズ群の移動量が大きくなりすぎて、レンズ径の更なる小型化を図ることが難しくなってしまう。

逆に、条件式（５）の下限値を下回った場合、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくため、画角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。

本発明ズームレンズにおいては、各レンズ群を以下のように構成することが望ましい。

望遠端状態においてより良好なる光学性能を得るために、第１レンズ群が物体側より順に、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、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズが配列されて構成されることが望ましい。

また、第３レンズ群と第４レンズ群は簡易構成化と高性能化との両立を図るために、いずれも１つのレンズブロックで構成することが望ましい。高性能化を図るには、第３レンズ群が１枚の正レンズで構成され、第４レンズ群が１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなる接合正レンズで構成されることが望ましい。

さらなる高性能化を図るには、第３レンズ群が正レンズと負レンズとの接合正レンズで構成されることが望ましい。

ところで、本発明ズームレンズの別の観点に従えば、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い。

本発明ズームレンズにあっては、第３レンズ群が１つのレンズブロックで構成されるため、広角端状態で負の歪曲収差が発生しやすい。第４レンズ群の像側に第５レンズ群を配置し、該第５レンズ群を物体側に配置される負部分群と像側に配置される正部分群とで構成することにより、広角端状態で発生する負の歪曲収差をより良好に補正することが可能となる。

本発明ズームレンズにおいては、レンズ系を構成する１つのレンズ群、あるいは、１つのレンズ群のうち、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って、像を所定量だけシフトさせることが可能である。特に、第３レンズ群を光軸に垂直な方向にシフトさせる、あるいは、第５レンズ群を構成するレンズ群のうち、一部のレンズ群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせた際に、光学性能の変動がもっとも少なくできる。

本発明ズームレンズにおいては、非球面レンズを用いることにより、より高い光学性能が実現できる。特に、第３レンズ群か、あるいは、第４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。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も可能である。

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。

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各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添付図面及び表を用いて説明する。

なお、各実施の形態において非球面が用いられており、非球面形状は以下の数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、Ａ、Ｂ、…は非球面係数である。

図１は各実施形態にかかるズームレンズ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、広角端状態から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は第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物体側へ移動する。

図２は第１実施の形態に係るズームレンズ１のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に配列された、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、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は物体側から順に配列された、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３との接合レンズにより構成され、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順に配列された、両凸レンズと凹レンズとの接合レンズＬ３により構成され、第４レンズ郡Ｇ４は物体側から順に配列された、両凸レンズと凹レンズとの接合レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は物体側から順に配列された、両凹レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２、像側に凹面を向けた負レンズＬ５３、両凸レンズＬ５４により構成される。

第５レンズ群Ｇ５は、両凹レンズＬ５１が負部分群を構成し、両凸レンズＬ５２、像側に凹面を向けた負レンズＬ５３及び両凸レンズＬ５４が正部分群を構成し、両凸レンズＬ５２と像側に凹面を向けた負レンズＬ５３を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像をシフトさせることが可能である。

また、第３レンズ群Ｇ３の物体側に近接して変倍時に固定である開口絞りＳが配置され、第５レンズ群Ｇ５と結像面ＩＭＧとの間にローパスフィルタＬＰＦが配置されている。

表１に上記した第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を掲げる。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、２ωは画角を表し、面番号は物体側からｉ番目の面を示し、曲率半径は当該面の近軸での曲率半径を示し、面間隔はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上での面間隔を示し、屈折率及びアッベ数はそれぞれ当該面を物体側に有する硝材の屈折率及びアッベ数を示し、且つ、ｄ線（λ=587.6nm）に対する値である。なお、表１中で曲率半径０とは平面を示す。

第１の実施の形態に係るズームレンズ１においては、広角端から望遠端までのレンズ位置状態の変化の際に、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、数値実施例１における上記各面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端での各値を表２に示す。

ズームレンズ１において、第１２面、第２０面、第２１面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表３に示す。なお、表３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、「0.26029E-05」は「0.26029×10⁻⁵」を表している。

数値実施例１の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示し、図３は広角端状態（ｆ＝1.000）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝1.998）、図５は望遠端状態（ｆ＝4.703）における諸収差図を示す。

図３乃至図５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。コマ収差図においてＡは入射角、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６は第２の実施の形態に係るズームレンズ２のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に配列された、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、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は物体側から順に配列された、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３との接合レンズにより構成され、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸面を向けた正レンズＬ３により構成され、第４レンズ郡Ｇ４は物体側から順に配列された、両凸レンズと物体側に凹面を向けた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は物体側から順に配列された、両凹レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２、像側に凹面を向けた負レンズＬ５３、両凸レンズＬ５４により構成される。

表５に上記した第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を掲げる。

第２の実施の形態に係るズームレンズ２においては、広角端から望遠端までのレンズ位置状態の変化の際に、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Ｄ１３及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１６が変化する。そこで、数値実施例２における上記各面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端での各値を表６に示す。

ズームレンズ２において、第１２面、第１９面、第２０面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表７に示す。

数値実施例２の各条件式対応値を表８に示す。

図７乃至図９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７は広角端状態（ｆ＝1.000）、図８は中間焦点距離状態（ｆ＝2.004）、図９は望遠端状態（ｆ＝4.703）における諸収差図を示す。

図７乃至図９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。コマ収差図においてＡは入射角、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は明らかである。

図１０は第３の実施の形態に係るズームレンズ３のレンズ構成を示す図である。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に配列された、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、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は物体側から順に配列された、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３との接合レンズにより構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は物体側から順に配列された、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は物体側から順に配列された、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２により構成される。

表９に上記した第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を掲げる。

第３の実施の形態に係るズームレンズ３においては、広角端から望遠端までのレンズ位置状態の変化の際に、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Ｄ１３及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１６が変化する。そこで、数値実施例３における上記各面間隔の広角端、中間焦点距離、望遠端での各値を表１０に示す。

ズームレンズ３において、第１２面、第２０面の各レンズ面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における上記各面の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表１１に示す。

数値実施例３の各条件式対応値を表１２に示す。

図１１乃至図１３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１１は広角端状態（ｆ＝1.000）、図１２は中間焦点距離状態（ｆ＝1.978）、図１３は望遠端状態（ｆ＝4.705）における諸収差図を示す。

図１１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。コマ収差図においてＡは入射角、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は明らかである。

図１４に本発明撮像装置の実施の形態のブロック図を示す。

撮像装置１０はズームレンズ２０を備え、ズームレンズ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３０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。上記ズームレンズ２０には本発明にかかるズームレンズを適用することができ、図１４では、図１に示した第１の実施の形態にかかるズームレンズ１の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ズームレンズ１だけでなく、第２の実施の形態及び第３の実施の形態にかかるズームレンズ２、３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ズームレンズ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６０、７０を介して駆動部６１、７１を動作させて、各レンズ群Ｇ２、Ｇ４を所定の位置へと移動させる。各センサ６２、７２によって得られた各レンズ群Ｇ２、Ｇ４の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０、７０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、ドライバ回路７０を介して駆動部７１を動作させて、レンズ群Ｇ４を位置制御する。

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、カメラが組み込まれた携帯電話、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、上記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何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及び図５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。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８及び図９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。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１２及び図１３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。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…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、Ｓ…開口絞り、Ｌ２１…第２レンズ群中の負レンズ、Ｌ２２・Ｌ２３…第２レンズ群中の接合レンズ、１０…撮像装置、２０…ズームレンズ、３０…撮像素子

Claims

物体側より順に配列された、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、
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１レンズ群と上記第２レンズ群との間の間隔が増大し、上記第２レンズ群と上記第３レンズ群との間の間隔が減少し、上記第３レンズ群と上記第４レンズ群との間の間隔が変化するように、少なくとも第２レンズ群が像側へ移動して、
上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けた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正レンズとの接合レンズが配列されて構成され、
開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、
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１レンズ群及び上記第３レンズ群は固定であり、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が可動であり、
被写体位置が変化する際に、上記第４レンズ群が移動し、
以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）Ｎ21＞１．８
（２）Ｎ23−Ｎ22＞０．３５
（３）０．３＜（Ｒ23＋Ｒ24）／（Ｒ23−Ｒ24）＜０．７
（４）−Ｚ＜β2t＜−１
但し、
Ｎ21：第２レンズ群中に配置される負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ22：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率
Ｒ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの物体側レンズ面の曲率半径
Ｒ24：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの像側レンズ面の曲率半径
β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
Ｚ：ズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）
とする。
以下の条件式（５）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。
（５）０．４５＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．７
但し、
ｆ２：第２レンズ群のｄ線に対する焦点距離
ｆｗ：広角端状態における焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における焦点距離
とする。
上記第５レンズ群は、レンズ位置状態が変化する際に固定であり、負の屈折力を有する負部分群とそ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
ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された画像を電気信号に変換する撮像手段とを備えた撮像装置であって、
上記ズームレンズは、物体側より順に配列された、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、
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１レンズ群と上記第２レンズ群との間の間隔が増大し、上記第２レンズ群と上記第３レンズ群との間の間隔が減少し、上記第３レンズ群と上記第４レンズ群との間の間隔が変化するように、少なくとも第２レンズ群が像側へ移動して、
上記第２レンズ群は物体側より順に、像側に凹面を向けた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正レンズとの接合レンズが配列されて構成され、
開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、
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１レンズ群及び上記第３レンズ群は固定であり、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群が可動であり、
被写体位置が変化する際に、上記第４レンズ群が移動し、
以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
（１）Ｎ21＞１．８
（２）Ｎ23−Ｎ22＞０．３５
（３）０．３＜（Ｒ23＋Ｒ24）／（Ｒ23−Ｒ24）＜０．７
（４）−Ｚ＜β2t＜−１
但し、
Ｎ21：第２レンズ群中に配置される負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ22：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率
Ｒ23：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの物体側レンズ面の曲率半径
Ｒ24：第２レンズ群中に配置される接合レンズを構成する負レンズの像側レンズ面の曲率半径
β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
Ｚ：ズーム比（＝望遠端状態における焦点距離／広角端状態における焦点距離）
とする。