JP5065150B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）等に好適に用いられるズームレンズおよび撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子の小型化が進むにつれて、装置全体としての小型化が求められている。そこで最近では、レンズ系の光路を途中で折り曲げ、いわゆる屈曲光学系とすることで撮像装置に組み込んだときの奥行き方向の薄型化を図ったものが開発されている。

特許文献１ないし３には、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正、正の５つのレンズ群が配設され、変倍時に第２レンズ群、第４レンズ群、および第５レンズ群が移動するようになされた５群方式のズームレンズが開示されている。特に、特許文献１に記載のズームレンズは、第１レンズ群に光路を折り曲げるためのプリズムを備えた屈曲光学系の構成とされている。
特許第３７５０６７２号公報 特開２００３−２０２５０１号公報 特開２００５−３４５７１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、レンズ構成枚数が少ないため、小型化には有利であるが、高変倍比化を図った場合に、望遠側での軸上色収差と広角側での倍率色収差の補正が困難である。具体的には、第１レンズ群が１枚の負レンズとプリズムと１枚の正レンズとからなり、第２レンズ群が１枚の負レンズと１枚の正レンズからなり、第５レンズ群が１枚の正レンズのみで構成されている。ここで、第５レンズ群が１枚の正レンズのみで構成されていると、高変倍比化を図った場合に、特に望遠端における合焦時の像面湾曲変動と倍率色収差変動が大きいため、合焦時の性能変動が大きい。さらに、第５レンズ群が変倍時に単調に像側へ移動するため、小型化と変倍域全域での収差補正が困難である。

また、特許文献２に記載のズームレンズは、以下の条件式を満たす構成とされているが、その場合、望遠端と広角端との焦点距離差に比べ、レンズ全長が長く、高変倍比化を図ろうとすると小型化が困難である。このズームレンズはまた、第５レンズ群の変倍時の移動量が少なく、小型化と変倍域全域での収差補正が困難である。
１．４５＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２．２
ただし、
Σｄ：最も物体側のレンズの物体側面頂点から結像面までの光軸に沿ったレンズ長
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離。

また、特許文献３に記載のズームレンズは、第５レンズ群が合焦時に移動すると共に、第５レンズ群が物体側から順に少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを有し、レンズ材料に関して所定の条件式を満たすことを特徴としているが、特に望遠端における合焦時の像面湾曲変動と倍率色収差変動が大きいため、合焦時の性能変動が大きい。また、第５レンズ群の位置が広角端より望遠端にて像面より遠くなるため、小型化と変倍全域での収差補正が困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高変倍比でありながら、小型化の図られたズームレンズおよび撮像装置を提供することにある。

本発明に係るズームレンズは、物体側より順に、変倍および合焦の際に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力の第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定で正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に移動する正の屈折力の第４レンズ群と、変倍の際に移動する正の屈折力の第５レンズ群とが配設され、広角端から望遠端へと変倍させる際に、第５レンズ群が、まず物体側に移動した後、途中で像側へと反転して物体側に凸の凸弧状の移動軌跡を描くように移動するようになされ、かつ、以下の条件式を満足するようにしたものである。ただし、ΔＴＭは（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置から望遠端におけるレンズ位置までの変倍時の第５レンズ群の移動量とする。ｆｗは広角端における全系の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離とする。
１．４＜ΔＴＭ／ｆｗ＜３．０ ……（１）

本発明に係るズームレンズでは、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正、正の５つのレンズ群を配設し、変倍時に第２レンズ群、第４レンズ群、および第５レンズ群を移動するようになされた５群方式のズームレンズにおいて、レンズ構成の最適化を図り、特に、第１レンズ群を変倍および合焦の際に常時固定とし、適切な条件式を満足しつつ、第５レンズ群の移動量および移動軌跡を最適化したことで、高変倍比でありながら、レンズ全長を抑えて小型化を図りやすくなる。
そして、さらに、次の好ましい構成を適宜採用して満足することで、より高変倍比化と小型化に有利となる。

本発明に係るズームレンズにおいて、第５レンズ群は、変倍時に、物体距離が無限遠の状態において、広角端での位置よりも望遠端での位置の方が像側に近づくように移動することが好ましい。

また、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ΔＭＷは広角端におけるレンズ位置から（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置までの変倍時の第５レンズ群の移動量とする。
０．８＜ΔＭＷ／ｆｗ＜１．６ ……（２）

また、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ｆ４５ｔは望遠端における第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離、ｆ４５ｗは広角端における第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離、ｆ４５ｍは（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置での第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離とする。
１．２＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｗ＜１．５ ……（３）
１．３＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｍ＜１．６ ……（４）

また、本発明に係るズームレンズにおいて、第１レンズ群が物体側より順に、負の屈折力を有する前群と光路を折り曲げる反射部材と正の屈折力を有する後群とで構成され、第１レンズ群の後群が正の屈折力を有するレンズＬ１２と正の屈折力を有するレンズＬ１３とを有した構成であっても良い。これにより、第１レンズ群内に配置された反射部材によって光路が折り曲げられる屈曲光学系の構成とされることで、良好な光学性能を維持しつつ、光学系の厚さ方向の長さが抑えられ、撮像装置に組み込んだときの薄型化が容易となる。

第１レンズ群を上記構成にした場合、さらに以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Ｎ１２はレンズＬ１２のｄ線における屈折率、Ｎ１３はレンズＬ１３のｄ線における屈折率、ν１２はレンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数、ν１３はレンズＬ１３のｄ線におけるアッベ数とする。
１．４３＜（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜１．４８ ……（５）
８３＜（ν１２＋ν１３）／２＜９０ ……（６）

また、第１レンズ群の前群が像面側が凹面の負の屈折力を有するレンズＬ１１で構成されていても良い。その場合、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Ｎ１１はレンズＬ１１のｄ線における屈折率、ν１１はレンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数とする。
０．４＜Ｎ１１−（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜０．５ ……（７）
５０＜（ν１２＋ν１３）／２−ν１１＜６０ ……（８）

また、第１レンズ群内の正の屈折力を有するレンズＬ１３の少なくとも１面が非球面形状を有する非球面レンズであることが好ましい。

また、本発明に係るズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Σｄは最も物体側のレンズの物体側面頂点から結像面までの光軸に沿ったレンズ長、ｆｗは広角端における全系の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離とする。
１．３５＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．４５ ……（９）

また、本発明に係るズームレンズにおいて、第５レンズ群を移動させることでフォーカシングを行うようになされていても良い。この場合さらに、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、β５ｔは無限遠物体における望遠端での第５レンズ群の結像倍率とする。
０．６５＜β５ｔ＜０．８８ ……（１０）

また、本発明に係るズームレンズにおいて、第５レンズ群が負の屈折力のレンズＬ５１と正の屈折力のレンズＬ５２とから構成されていても良い。この場合さらに、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Ｎ５１はレンズＬ５１のｄ線における屈折率、Ｎ５２はレンズＬ５２のｄ線における屈折率、ν５１はレンズＬ５１のｄ線におけるアッベ数、ν５２はレンズＬ５２のｄ線におけるアッベ数とする。
Ｎ５１＜Ｎ５２ ……（１１）
ν５１＜ν５２ ……（１２）

また、本発明に係るズームレンズにおいて、開口絞りが第３レンズ群の物体側近傍に配設されていても良い。

本発明による撮像装置は、本発明に係るズームレンズと、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の小型化の図られた高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いて、装置全体としての小型化が図られる。

本発明に係るズームレンズによれば、５群方式のズームレンズにおいて、レンズ構成の最適化を図り、特に、第１レンズ群を変倍および合焦の際に常時固定とし、適切な条件式を満足しつつ、第５レンズ群の移動量および移動軌跡を最適化するようにしたので、高変倍比でありながら、レンズ全長を抑えて小型化を図ることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の小型化の図られた高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いるようにしたので、高変倍比の良好な撮像性能を維持しつつ、装置全体としての小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図５（Ａ）、（Ｂ）および図６）のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ）は無限遠合焦状態でかつ広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｂ）は無限遠合焦状態でかつ中間域（中間焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｃ）は無限遠合焦状態でかつ望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置に対応している。同様にして、後述の第２ないし第４の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第４の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、変倍に伴って変化する部分の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２４のみ符号を付す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した第１の構成例を基本にして説明する。

このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、第５レンズ群Ｇ５とを備えている。光学的な開口絞りＳｔは、第３レンズ群Ｇ３の物体側近傍に配設されていることが好ましい。

このズームレンズは、例えばビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮影機器のほか、ＰＤＡ等の情報携帯端末にも搭載可能である。このズームレンズの像側には、搭載されるカメラの撮影部の構成に応じた部材が配置される。例えば、このズームレンズの結像面（撮像面）には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１００が配置される。撮像素子１００は、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するものである。少なくとも、このズームレンズと撮像素子１００とで、本実施の形態における撮像装置が構成される。最終レンズ群（第５レンズ群Ｇ５）と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていても良い。

このズームレンズは、各群間隔を変化させることにより変倍を行うようになされている。より詳しくは、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が変倍および合焦の際に常時固定であり、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５が変倍時に光軸Ｚ１上で移動するようになっている。

より詳しくは、広角端から中間へ、さらに望遠端へと変倍させるに従い、各移動群は、例えば図１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）の状態へ、さらに図１（Ｃ）の状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。特に第５レンズ群Ｇ５は、広角端から望遠端へと変倍させる際に、まず物体側に移動した後、途中で像側へと反転して物体側に凸の凸弧状の移動軌跡を描くように移動する。また、第５レンズ群Ｇ５は、変倍時に、物体距離が無限遠の状態において、広角端での位置よりも望遠端での位置の方が像側に近づくように移動する。第５レンズ群Ｇ５はまた、合焦機能を有しており、合焦時にも移動する。

ここで、第５レンズ群Ｇ５の移動に関しては、以下の条件式（１），（２）を満足することが好ましい。ただし、ΔＴＭは（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置から望遠端におけるレンズ位置までの第５レンズ群Ｇ５の移動量とする。ｆｗは広角端における全系の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離とする。また、ΔＭＷは広角端におけるレンズ位置から（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置までの第５レンズ群Ｇ５の移動量とする。また、ΔＴＭ、ΔＭＷは無限遠合焦状態での変倍時の移動量とする。
１．４＜ΔＴＭ／ｆｗ＜３．０ ……（１）
０．８＜ΔＭＷ／ｆｗ＜１．６ ……（２）

第１レンズ群Ｇ１は、全体として正の屈折力を有している。第１レンズ群Ｇ１は例えば、物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｇ１Ｆと、光路を折り曲げる反射部材としての直角プリズムＬＰと、正の屈折力を有する後群Ｇ１Ｒとで構成することができる。第１レンズ群Ｇ１の前群Ｇ１Ｆは、像面側が凹面の負の屈折力を有するレンズＬ１１で構成されていることが好ましい。後群Ｇ１Ｒは、正の屈折力を有するレンズＬ１２と正の屈折力を有するレンズＬ１３との２枚で構成されていることが好ましい。後群Ｇ１Ｒ内の正の屈折力を有するレンズＬ１３の少なくとも１面は非球面形状であることが好ましい。なお、直角プリズムＬＰに代えて、反射ミラー等の他の反射部材を用いても良い。

第２レンズ群Ｇ２は、全体として負の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は例えば、３つのレンズで構成することができる。より具体的には例えば、物体側より順に、像側が凹面とされたレンズＬ２１と、負レンズＬ２２および正レンズＬ２３からなる接合レンズとで構成することができる。

第３レンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は例えば、１枚の正レンズＬ３１で構成することができる。

第４レンズ群Ｇ４は、全体として正の屈折力を有している。第４レンズ群Ｇ４は例えば、３つのレンズで構成することができる。より具体的には例えば、物体側より順に、正レンズＬ４１および負レンズＬ４２からなる接合レンズと、正レンズＬ４３とで構成することができる。

第５レンズ群Ｇ５は、全体として正の屈折力を有している。第５レンズ群Ｇ５は例えば、物体側より順に、負の屈折力のレンズＬ５１と正の屈折力のレンズＬ５２とで構成することができる。負の屈折力のレンズＬ５１と正の屈折力のレンズＬ５２は、接合レンズであっても良い。

このズームレンズは、以下の条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。ただし、ｆ４５ｔは望遠端における第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離、ｆ４５ｗは広角端における第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離、ｆ４５ｍは（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置での第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離とする。
１．２＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｗ＜１．５ ……（３）
１．３＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｍ＜１．６ ……（４）

このズームレンズはまた、第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３に関して、以下の条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。ただし、Ｎ１２はレンズＬ１２のｄ線における屈折率、Ｎ１３はレンズＬ１３のｄ線における屈折率、ν１２はレンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数、ν１３はレンズＬ１３のｄ線におけるアッベ数とする。また、Ｎ１１はレンズＬ１１のｄ線における屈折率、ν１１はレンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数とする。
１．４３＜（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜１．４８ ……（５）
８３＜（ν１２＋ν１３）／２＜９０ ……（６）
０．４＜Ｎ１１−（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜０．５ ……（７）
５０＜（ν１２＋ν１３）／２−ν１１＜６０ ……（８）

また、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Σｄは最も物体側のレンズＬ１１の物体側面頂点から結像面までの光軸に沿ったレンズ長、ｆｗは広角端における全系の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離とする。
１．３５＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．４５ ……（９）

また、第５レンズ群Ｇ５に関して、以下の条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。β５ｔは無限遠物体における望遠端での第５レンズ群Ｇ５の結像倍率とする。Ｎ５１は第５レンズ群Ｇ５内のレンズＬ５１のｄ線における屈折率、Ｎ５２はレンズＬ５２のｄ線における屈折率、ν５１はレンズＬ５１のｄ線におけるアッベ数、ν５２はレンズＬ５２のｄ線におけるアッベ数とする。
０．６５＜β５ｔ＜０．８８ ……（１０）
Ｎ５１＜Ｎ５２ ……（１１）
ν５１＜ν５２ ……（１２）

図２６（Ａ），（Ｂ）は、このズームレンズが搭載される撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラを示している。特に図２６（Ａ）は、このデジタルスチルカメラ１０を前側から見た外観を示し、図２６（Ｂ）は、このデジタルスチルカメラ１０を背面側から見た外観を示している。このデジタルスチルカメラ１０は、その前面側の中央上部に、ストロボ光を照射するストロボ発光部２１を備えている。また、その前面側においてストロボ発光部２１の側方部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口２２が設けられている。このデジタルスチルカメラ１０はまた、上面側に、レリーズボタン２３と電源ボタン２４とを備えている。このデジタルスチルカメラ１０はまた、背面側に、表示部２５と操作部２６，２７とを備えている。表示部２５は、撮像された画像を表示するためのものである。このデジタルスチルカメラ１０では、レリーズボタン２３を押圧操作することにより、１フレーム分の静止画の撮影が行われ、この撮影で得られる画像データがデジタルスチルカメラ１０に装着されたメモリカード（図示せず）に記録される。

このデジタルスチルカメラ１０は、筐体内部に撮像レンズ１を備えている。この撮像レンズ１として、本実施の形態に係るズームレンズが用いられている。撮像レンズ１は、前面側に設けられた撮影開口２２に、最も物体側のレンズＬ１１が位置するように配置されている。撮像レンズ１は、直角プリズムＬＰによる折り曲げ後の光軸Ｚ１がカメラボディの縦方向と一致するようにして、デジタルスチルカメラ１０の内部に全体として縦方向に組み込まれている。なお、折り曲げ後の光軸Ｚ１がカメラボディの横方向となるようにして、デジタルスチルカメラ１０の内部に全体として横方向に組み込まれていても良い。

次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。
このズームレンズでは、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正、正の５つのレンズ群を配設し、変倍時に第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５を移動するようになされた５群方式のズームレンズにおいて、レンズ構成の最適化を図り、特に、第１レンズ群Ｇ１を変倍および合焦の際に常時固定とし、第５レンズ群Ｇ５の移動に関して適切な条件式（１），（２）を満足しつつ、第５レンズ群Ｇ５の移動量および移動軌跡を最適化することで、高変倍比でありながら、レンズ全長を抑えて小型化を図ることができる。

また、このズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１内に配置された反射部材によって光路が折り曲げられる屈曲光学系の構成とされていることで、良好な光学性能を維持しつつ、光学系の厚さ方向の長さが抑えられ、撮像装置に組み込んだときの薄型化が容易となる。また特に、第１レンズ群Ｇ１内のレンズ材料に関して適切な条件式（５），（６），（７），（８）を満足して第１レンズ群Ｇ１の構成を最適化することで、特に望遠端での色収差の増大が抑えられ、高変倍比化を図りやすくなる。

また、第１レンズ群Ｇ１内の正の屈折力を有するレンズＬ１３の少なくとも１面を非球面形状とすることで、像面湾曲と歪曲を補正することができる。

さらに、第５レンズ群Ｇ５が、物体距離が無限遠の状態において広角端での位置よりも望遠端での位置の方が像側に近づくように移動することにより、広角端に比べ、望遠端における第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との群間隔をより広げることができるため、高変倍化を達成し易い。このズームレンズでは、広角端に比べ、望遠端における近距離撮影時の像面移動量が大きく、合焦時に移動するレンズも広角端に比べ、望遠端における移動量が大きくなる。第５レンズ群Ｇ５を合焦時に使用する場合、近距離撮影時に物体側へ移動させることになり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との群間隔をより広げることができるため、近距離撮影時の合焦時に移動量を確保することができる。
以下、上記した条件式に関する作用および効果をより詳細に説明する。

上記条件式（１）は、第５レンズ群Ｇ５の中間位置から望遠端までの移動量に関する式で、この式を満足することで、レンズ全長の短縮化を図ることができる。また、シェーディングへの影響を低減することができる。条件式（１）の下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動量が少なくなるため、射出瞳距離の変動も少なく、シェーディングの影響も少なくなるが、レンズ全長の短縮が困難となる。上限を上回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動量が大きくなるため、レンズ全長の短縮には有利であるが、射出瞳距離の変動が大きくなり、シェーディングへの影響が大きくなり、また望遠端時の第５レンズ群Ｇ５のレンズ表面に付着するゴミやキズが画質に影響を与えやすくなる。

条件式（２）は、第５レンズ群Ｇ５の広角端から中間位置までの移動量に関する式で、この式を満足することで、レンズ全長の短縮化を図ることができる。また、中間の焦点距離における近距離の合焦を良好に行うことができる。条件式（２）の下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動量が少なくなるため、中間の焦点距離における第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が確保でき、中間の焦点距離における近距離の合焦が容易となるが、レンズ全長の短縮化が困難となる。上限を上回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動量が大きくなるため、レンズ全長の短縮には有利であるが、中間の焦点距離における第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が狭くなるため、中間の焦点距離における近距離の合焦が困難となる。

条件式（３）は、第５レンズＧ５の移動により変化する第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離に関する式で、この式を満足することで、レンズ全長の短縮化と変倍域全域での収差補正を達成することができる。条件式（３）の下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動による変倍時の第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離の変動が少なくなり、変倍域全域での収差補正には有利となるが、レンズ全長の短縮が困難となる。上限を上回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動による変倍時の第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離の変動が大きくなり、レンズ全長の短縮化には有利となるが、変倍域全域での収差補正が困難となる。

上記条件式（４）は、第５レンズＧ５の移動により変化する第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離に関する式で、この式を満足することで、レンズ全長の短縮化と中間の焦点距離における収差補正を達成することができる。条件式（４）の下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動による変倍時の第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離の変動が少なくなり、中間の焦点距離から望遠端における収差補正には有利となるが、レンズ全長の短縮が困難となる。上限を上回ると、第５レンズ群Ｇ５の移動による変倍時の第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との合成焦点距離の変動が大きくなり、レンズ全長の短縮化には有利となるが、中間の焦点距離から望遠端における収差補正が困難となる。

上記条件式（５），（６）は、第１レンズ群Ｇ１の後群Ｇ１Ｒの正の屈折力のレンズＬ１２，Ｌ１３の屈折率とアッベ数に関する式である。条件式（５）の下限を下回ると、正の屈折力のレンズＬ１２，Ｌ１３の曲率が強くなり、中心厚を厚くする必要があるため、小型化が困難となる。条件式（５）の上限を上回ると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が増大する。条件式（６）の下限を下回ると、望遠端における軸上色収差が増大し、上限を上回ると広角端における倍率色収差が増大する。

上記条件式（７），（８）は、第１レンズ群Ｇ１の前群Ｇ１Ｆの負の屈折力のレンズＬ１１と後群Ｇ１Ｒの正の屈折力のレンズＬ１２，Ｌ１３とにおける、屈折率の差とアッベ数の差に関する式である。条件式（７）の下限を下回ると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が増大する。条件式（７）の上限を上回ると、正の屈折力のレンズＬ１２，Ｌ１３の曲率が強くなり、中心厚を厚くする必要があるため、小型化が困難となる。条件式（８）の下限を下回ると、望遠端における軸上色収差が増大し、上限を上回ると広角端における倍率色収差が増大する。

上記条件式（９）は、レンズ全長に関する式で、この式を満足することによりレンズ全長の短縮と変倍域全域での収差補正を達成することができる。条件式（９）の下限を下回ると、レンズ全長の短縮化には有利であるが、各群の屈折力を強くする必要があり、変倍域全域での収差補正には不利となる。上限を上回ると、変倍域全域での収差補正には有利であるが、レンズ全長の短縮化が困難となる。

上記条件式（１０）は、第５レンズ群Ｇ５の望遠端での結像倍率に関する式で、この式を満足することで、レンズ全長の短縮化と合焦時の収差補正を達成することができる。条件式（１０）の下限を下回ると、合焦時の収差変動は少なくなるが、第５レンズ群Ｇ５の移動による変倍作用が少なくなるため、レンズ全長の短縮化が困難となる。上限を上回ると、レンズ全長の短縮化には有利であるが、合焦時の収差変動が大きくなる。

上記条件式（１１），（１２）は、第５レンズ群Ｇ５における負レンズＬ５１および正レンズＬ５２の屈折率とアッベ数とに関する式で、この条件式を満足することで、変倍時と合焦時における像面湾曲変動と倍率色収差変動を良好に補正することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、５群方式のズームレンズにおいて、レンズ構成の最適化を図り、特に、第１レンズ群Ｇ１を変倍および合焦の際に常時固定とし、適切な条件式を満足しつつ、第５レンズ群Ｇ５の移動量および移動軌跡を最適化するようにしたので、高変倍比でありながら、レンズ全長を抑えて小型化を図ることができる。また、屈曲光学系として小型化に有利な構成にすると共に、特に、レンズ材料に関して適切な条件式を満足しつつ、第１レンズ群Ｇ１の構成を最適化するようにしたので、特に望遠端での色収差の増大を抑えて、高変倍比で良好な光学性能を維持しつつ、全体的に小型化を図ることができる。また、本実施の形態に係るズームレンズを搭載した撮像装置によれば、高変倍比の良好な撮像性能を維持しつつ、装置全体としての小型化を図ることができる。

次に、本実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、複数の数値実施例をまとめて説明する。

図５（Ａ），（Ｂ）および図６は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に図５（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図５（Ｂ）および図６にはその他のデータを示す。図５（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係るズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２６）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１（Ｃ）において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。図５（Ａ）にはまた、諸データとして、広角端および望遠端における全系の近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、画角（２ω）およびＦナンバー（ＦＮＯ．）の値についても示す。

実施例１に係るズームレンズは、変倍に伴って第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動するため、それらの各移動群の前後の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２４の値は可変となっている。図５（Ｂ）には、これらの面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２４の変倍時のデータとして、広角端、中間および望遠端における値を示す。

図５（Ａ）のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。実施例１に係るズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ１３の両面Ｓ７，Ｓ８と、第３レンズ群Ｇ３内のレンズＬ３１の両面Ｓ１５，Ｓ１６と、第４レンズ群Ｇ４内のレンズＬ４３の両面Ｓ２０，Ｓ２１とがすべて非球面形状となっている。図５（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。

図６には実施例１に係るズームレンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

実施例１に係るズームレンズの非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_n，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡ_n・ｈⁿ ……（Ａ）
（ｎ＝３以上の整数）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_n：第ｎ次の非球面係数

実施例１に係るズームレンズは、非球面係数Ａ_nとしてＡ₃〜Ａ₂₀までの次数を適宜有効に用いて表されている。

以上の実施例１に係るズームレンズと同様にして、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２として、図７（Ａ），（Ｂ）および図８に示す。また同様にして、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例３として、図９（Ａ），（Ｂ）および図１０に示す。また同様にして、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例４として、図１１（Ａ），（Ｂ）および図１２に示す。

なお、実施例２ないし４のいずれのズームレンズについても、実施例１に係るズームレンズと同様の面が非球面形状となっている。

図１３には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。図１３から分かるように、各条件式について、各実施例の値がその数値範囲内となっている。

図１４（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）および倍率色収差を示している。図１５（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図１６（Ａ）〜（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図には、波長４６０ｎｍ、波長６１５ｎｍについての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２に係るズームレンズについての諸収差を図１７（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図１８（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図１９（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、実施例３および４に係るズームレンズについての諸収差を図２０〜図２５の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、各変倍域で諸収差が良好に補正され、高変倍比でありながら、全体的に小型化の図られたズームレンズが実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。 実施例１に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例１に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。 実施例２に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例２に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。 実施例３に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例３に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。 実施例４に係るズームレンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例４に係るズームレンズの非球面に関するデータを示す図である。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 実施例１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の一実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの一構成例を示す外観図である。

符号の説明

ＧＣ…光学部材、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、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１００…撮像素子。

Claims (13)

1. 物体側より順に、変倍および合焦の際に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する負の屈折力の第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定で正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力の第４レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力の第５レンズ群とが配設され、
   広角端から望遠端へと変倍させる際に、前記第５レンズ群が、まず物体側に移動した後、途中で像側へと反転して物体側に凸の凸弧状の移動軌跡を描くように移動するようになされ、かつ、以下の条件式を満足する
   ことを特徴とするズームレンズ。
   １．４＜ΔＴＭ／ｆｗ＜３．０ ……（１）
   ただし、
   ΔＴＭ：（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置から望遠端におけるレンズ位置までの変倍時の第５レンズ群の移動量
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
   ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
   とする。
2. 前記第５レンズ群が、変倍時に、物体距離が無限遠の状態において、広角端での位置よりも望遠端での位置の方が像側に近づくように移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. さらに以下の条件式を満足する
   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。
   ０．８＜ΔＭＷ／ｆｗ＜１．６ ……（２）
   ただし、
   ΔＭＷ：広角端におけるレンズ位置から（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置までの変倍時の第５レンズ群の移動量
   とする。
4. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．２＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｗ＜１．５ ……（３）
   ただし、
   ｆ４５ｗ：広角端における第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離
   ｆ４５ｔ：望遠端における第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離
   とする。
5. さらに以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．３＜ｆ４５ｔ／ｆ４５ｍ＜１．６ ……（４）
   ただし、
   ｆ４５ｍ：（ｆｗ・ｆｔ）^1/2におけるレンズ位置での第４レンズ群と第５レンズ群との合成焦点距離
   とする。
6. 前記第１レンズ群が物体側より順に、負の屈折力を有する前群と光路を折り曲げる反射部材と正の屈折力を有する後群とで構成され、
   前記第１レンズ群の前記後群は正の屈折力を有するレンズＬ１２と正の屈折力を有するレンズＬ１３とを有し、かつ、以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．４３＜（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜１．４８ ……（５）
   ８３＜（ν１２＋ν１３）／２＜９０ ……（６）
   ただし、
   Ｎ１２：レンズＬ１２のｄ線における屈折率
   Ｎ１３：レンズＬ１３のｄ線における屈折率
   ν１２：レンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数
   ν１３：レンズＬ１３のｄ線におけるアッベ数
   とする。
7. 前記第１レンズ群の前記前群が像面側が凹面の負の屈折力を有するレンズＬ１１で構成され、かつ、以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
   ０．４＜Ｎ１１−（Ｎ１２＋Ｎ１３）／２＜０．５ ……（７）
   ５０＜（ν１２＋ν１３）／２−ν１１＜６０ ……（８）
   ただし、
   Ｎ１１：レンズＬ１１のｄ線における屈折率
   ν１１：レンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数
   とする。
8. 前記第１レンズ群内の前記正の屈折力を有するレンズＬ１３の少なくとも１面が非球面形状を有する非球面レンズである
   ことを特徴とする請求項６または７に記載のズームレンズ。
9. さらに、以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．３５＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．４５ ……（９）
   ただし、
   Σｄ：最も物体側のレンズの物体側面頂点から結像面までの光軸に沿ったレンズ長
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
   ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
   とする。
10. 前記第５レンズ群を移動させることでフォーカシングを行うようになされ、かつ、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ０．６５＜β５ｔ＜０．８８ ……（１０）
    ただし、
    β５ｔ：無限遠物体における望遠端での第５レンズ群の結像倍率
    とする。
11. 前記第５レンズ群が負の屈折力のレンズＬ５１と正の屈折力のレンズＬ５２とから構成され、かつ、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    Ｎ５１＜Ｎ５２ ……（１１）
    ν５１＜ν５２ ……（１２）
    ただし、
    Ｎ５１：レンズＬ５１のｄ線における屈折率
    Ｎ５２：レンズＬ５２のｄ線における屈折率
    ν５１：レンズＬ５１のｄ線におけるアッベ数
    ν５２：レンズＬ５２のｄ線におけるアッベ数
    とする。
12. さらに、開口絞りが前記第３レンズ群の物体側近傍に配設されている
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
    を備えたことを特徴とする撮像装置。

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