JP5254086B2

JP5254086B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5254086B2
Application number: JP2009060601A
Authority: JP
Inventors: 哲也小里
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010217228A

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。

特許第３７５０６７２号公報特開２００３−２０２５０１号公報特開２００７−２４８９５２号公報

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。このズームレンズは、レンズ構成枚数が比較的少なく、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。しかしながら、このズームレンズは、特に移動群である第２レンズ群の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。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。

特許文献２に記載のズームレンズは、第２レンズ群および４レンズ群を移動することで変倍を行い、第５レンズ群によって像面変動の補正を行うようになされ、以下の条件式を満たす構成とされている。しかしながら、このズームレンズでは、変倍時の第４レンズ群の移動量に対して、第２レンズ群の移動量が比較的大きいため、第１レンズ群と絞りとの距離が拡大する。その結果、第１レンズ群の外径が拡大して小型化が困難である。
０．３＜（ｄ３ｗ−ｄ３ｔ）／（ｄ１ｔ−ｄ１ｗ）＜０．８
ただし、
ｄ１ｗ：広角端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔
ｄ１ｔ：望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔
ｄ３ｗ：広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔
ｄ３ｔ：望遠端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔

特許文献３に記載のズームレンズは、第１レンズ群中の負の屈折力を有するレンズが球面レンズで構成されている。このため、広角化時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、レンズ全長が短く、かつ第１レンズ群の外径を抑えて小型化と広角化とを実現しやすいズームレンズおよび撮像装置を提供することにある。

本発明によるズームレンズは、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と共に合焦機能を有する正の屈折力の第５レンズ群とが配設されている。広角端から望遠端へと変倍させる際には、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、物体距離が無限遠の状態における第５レンズ群の位置が、広角端よりも望遠端において像側に位置するように移動する。第１レンズ群は物体側より順に、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、前群は少なくとも１面が非球面形状を有する非球面レンズからなる。かつ、以下の条件式を満足するように構成されている。ただし、ｄ１ｗは広角端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔、ｄ１ｔは望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔、ｄ３ｗは広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔、ｄ３ｔは望遠端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔とする。
０．８２６≦（ｄ３ｗ−ｄ３ｔ）／（ｄ１ｔ−ｄ１ｗ）＜１．０５ ……（１）

本発明によるズームレンズでは、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、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、変倍時のレンズ群の移動量および移動軌跡の最適化が適切になされている。また、レンズ構成の最適化、特に第１レンズ群のレンズ構成の最適化が適切になされている。これにより、変倍全域での諸収差の劣化を抑えつつ、レンズ全長が短く抑えられる。また、第１レンズ群の外径を抑えて小型化と広角化との実現が容易となる。
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、レンズ全長の短縮化、小型化および広角化がより容易となる。

本発明によるズームレンズにおいて、第２レンズ群および第４レンズ群は、変倍時に互いに異なる移動方向で、かつ共に線形直線移動することが好ましい。

また、以下の条件式を適宜満足することが好ましい。ただし、ＩＨは最大像高、ｆｗは広角端での全系の焦点距離とする。Ｎ１は第１レンズ群中の前群を構成する非球面レンズのｄ線における屈折率、ν１は第１レンズ群中の前群を構成する非球面レンズのｄ線におけるアッベ数とする。
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（２）
Ｎ１＞１．９０ ……（３）
ν１＜２４ ……（４）

また、第１レンズ群中の後群は、正の屈折力を有する２枚のレンズからなり、２枚のレンズのうち少なくとも物体側のレンズが、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることが好ましい。特に、少なくとも前群の非球面レンズに近接している側において外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることが好ましい。

本発明による撮像装置は、本発明によるズームレンズと、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。

本発明のズームレンズによれば、基本構成を小型化に有利な屈曲光学系にすると共に、変倍時のレンズ群の移動量および移動軌跡の最適化と、レンズ構成の最適化、特に第１レンズ群のレンズ構成の最適化とを適切に行うようにしたので、レンズ全長が短く、かつ第１レンズ群の外径を抑えて小型化と広角化とを容易に実現することができる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の小型化および広角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、広角で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。

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。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第５の構成例を示すものであり、実施例５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６の構成例を示すものであり、実施例６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におけるレンズ群の移動機構の一例を示す断面図である。第１レンズ群の外径形状についての説明図である。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。実施例５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５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５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６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６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６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前側外観図である。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背面側外観図である。

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６の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第６の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図６（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，Ｄ２３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弧状の移動軌跡を描くように移動する。また、変倍時に、物体距離が無限遠の状態における第５レンズ群Ｇ５の位置が、広角端よりも望遠端において像側に位置するように移動する。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。

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、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とで構成されている。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１レンズ群Ｇ１の前群Ｇ１Ｆは、少なくとも１面が非球面形状を有する非球面レンズＬ１１からなる。非球面レンズＬ１１は、光軸近傍において負の屈折力を有し、像面側が凹面であることが好ましい。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内の像側のレンズ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。

第１レンズ群Ｇ１中において、後群Ｇ１Ｒの２枚のレンズＬ１２，Ｌ１３のうち、少なくとも物体側のレンズＬ１２は、外径形状の一部を切り欠いた形状であることが好ましい。図８（Ａ），（Ｂ）は、外径形状の一部を切り欠いた形状にする場合の構成例を示している。図８（Ａ），（Ｂ）に示したように斜線を施した部分、例えばレンズＬ１２の外径形状の一部分を切り欠き部５１，５２にすることができる。特に、図８（Ａ）に示したように、前群Ｇ１Ｆの非球面レンズＬ１１に近接している側において外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることが好ましい（切り欠き部５２）。このような構成にすることで、第１レンズ群Ｇ１中の前群Ｇ１Ｆと後群Ｇ１Ｒとで外径形状が干渉せず、両群の間隔を短くすることができる。これにより、第１レンズ群Ｇ１の小型化を達成することができる。また、そのような切り欠き部５２に対向する側も、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成すれば、第１レンズ群Ｇ１をより小型化できる（切り欠き部５１）。なお、このズームレンズを撮像装置に組み込む場合、撮像素子は通常、矩形形状であるので、レンズの外径形状に一部切り欠きがあったとしても、撮像素子の形状に応じた形状にする限りにおいて、撮像性能上の問題はない。

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、単レンズ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、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ５１で構成することができる。

このズームレンズは、以下の条件式を満足するように構成されていることが好ましい。ただし、ｄ１ｗは広角端での第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上間隔、ｄ１ｔは望遠端での第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上間隔、ｄ３ｗは広角端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との軸上間隔、ｄ３ｔは望遠端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との軸上間隔とする。
０．８０＜（ｄ３ｗ−ｄ３ｔ）／（ｄ１ｔ−ｄ１ｗ）＜１．０５ ……（１）

このズームレンズはまた、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、ＩＨは最大像高、ｆｗは広角端での全系の焦点距離とする。Ｎ１は第１レンズ群Ｇ１中の前群Ｇ１Ｆを構成する非球面レンズＬ１１のｄ線における屈折率、ν１は非球面レンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数とする。
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（２）
Ｎ１＞１．９０ ……（３）
ν１＜２４ ……（４）

また、第５レンズ群Ｇ５の移動に関しては、以下の条件式（５）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中間位置（（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。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は無限遠合焦状態での変倍時の移動量とする。
０．４＜ΔＭＷ／ｆｗ＜１．０ ……（５）

図７は、このズームレンズにおけるレンズ群の移動機構の一例を示している。このズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４は、変倍時に互いに異なる移動方向で、かつ共に線形直線移動することが好ましい。これにより、図７に示したように、第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４を１つの駆動モータＭ１で移動させることができる。この場合、本来移動レンズ群ごとに必要であるモータの個数削減化と移動制御の簡略化を達成することができ、移動機構を含めた撮影装置の小型化と低廉化を達成することができる。

図７に示した移動機構では、第１の駆動モータＭ１に連結された直線状の第１の回転軸３１の別々の部位に、第２群用移動枠３２と第４群用移動枠３３とが設けられている。第２群用移動枠３２は、第２レンズ群Ｇ２を保持する第２群用レンズ枠３４に連結されている。第４群用移動枠３３は、第４レンズ群Ｇ４を保持する第４群用レンズ枠３５に連結されている。第１の回転軸３１の外周面と第２群用移動枠３２の内周面、および第４群用移動枠３３の内周面とには、このズームレンズの変倍仕様に応じた形状およびピッチで溝が刻まれている。このような構成により、第１の駆動モータＭ１の回転動作に応じて第１の回転軸３１が回転動作すると、それに連動して第２群用移動枠３２と第４群用移動枠３３とが光軸に平行に、かつ互いに逆向きに直線移動する。これにより、第２群用レンズ枠３４を介して第２群用移動枠３２に連結された第２レンズ群Ｇ２と、第４群用レンズ枠３５を介して第４群用移動枠３３に連結された第４レンズ群Ｇ４とが光軸上を互いに逆向きに線形直線移動する。

また、第２の駆動モータＭ２に連結された直線状の第２の回転軸４１に、第５群用移動枠４２が設けられている。第５群用移動枠４２は、第５レンズ群Ｇ５を保持する第５群用レンズ枠４３に連結されている。第２の回転軸４１の外周面と第５群用移動枠４２の内周面とには、このズームレンズの変倍仕様および合焦仕様に応じた形状およびピッチで溝が刻まれている。このような構成により、第２の駆動モータＭ２の回転動作に応じて第２の回転軸４１が回転動作すると、それに連動して第５群用移動枠４２が光軸に平行に移動する。これにより、第５群用レンズ枠４３を介して第５群用移動枠４２に連結された第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動する。

図２７，図２８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２７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２８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、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、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、変倍時のレンズ群の移動量および移動軌跡の最適化が適切になされている。また、レンズ構成の最適化、特に第１レンズ群Ｇ１のレンズ構成の最適化が適切になされている。これにより、変倍全域での諸収差の劣化を抑えつつ、レンズ全長が短く抑えられる。また、第１レンズ群Ｇ１の外径を抑えて小型化と広角化との実現が容易となる。

特に、第１レンズ群Ｇ１の前群Ｇ１Ｆを非球面レンズＬ１１とすることで、条件式（２）を満たすような広角レンズとする場合でも、広角端における像面湾曲と歪曲を容易に補正することができる。また、後群Ｇ１Ｒの像側のレンズＬ１３の少なくとも１面を非球面形状とすることで、像面湾曲と歪曲を容易に補正することができる。

さらに、第５レンズ群Ｇ５を、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させることにより、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。

条件式（１）は、変倍時の第２レンズ群Ｇ２の移動量と第４レンズ群Ｇ４の移動量との比に関する式である。条件式（１）を満足することで、第２レンズ群Ｇ２の移動量が適切に抑えられ、第１レンズ群Ｇ１と絞りＳｔとの距離が必要以上に大きくなることが防止される。これにより、レンズ全長の短縮化と共に第１レンズ群Ｇ１の小型化を図ることができる。条件式（１）の下限を下回ると第２レンズ群Ｇ２の移動量が増大するため、第１レンズ群Ｇ１の外径が拡大し、小型化が困難となる。上限を上回ると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が増大し、変倍全域でも収差補正が困難となる。

条件式（２）は、広角端での画角に関する式である。このズームレンズは、条件式（２）の範囲で広角化を図った場合であっても良好な光学性能を得ることができる。

条件式（３），（４）は、第１レンズ群Ｇ１中の非球面レンズＬ１１の屈折率とアッベ数に関する式で、条件式（３）の下限を下回ると、特に条件式（２）を満たすような広角レンズとする場合において非球面レンズＬ１１の像側の面の深さが増大し、レンズの小型化・広角化が困難となる。条件式（４）の上限を上回ると、広角端における倍率色収差の補正と望遠端における軸上色収差の補正とが困難となる。より良好な性能を得るために、条件式（３）の下限および条件式（４）の上限に関して、以下の条件式（３）’，（４）’の値を満たすことが好ましい。これにより、さらなる小型化・広角化を図ることができると共に、広角端における倍率色収差の補正と望遠端における軸上色収差の補正とを良好に行うことができる。
Ｎ１＞１．９８ ……（３）’
ν１＜２２ ……（４）’

条件式（５）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（５）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。

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、基本構成を小型化に有利な屈曲光学系にすると共に、変倍時のレンズ群の移動量および移動軌跡の最適化と、レンズ構成の最適化、特に第１レンズ群Ｇ１のレンズ構成の最適化とを適切に行うようにしたので、レンズ全長が短く、かつ第１レンズ群Ｇ１の外径を抑えて小型化と広角化とを容易に実現することができる。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、広角で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部分的にまとめて説明する。

［実施例１］
［表１］〜［表３］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［表１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２］および［表３］にはその他のデータを示す。［表１］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＝１〜２５）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。［表１］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，Ｄ２３の値は可変となっている。［表２］には、これらの面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２３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。

［表１］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Ｌ１１の両面Ｓ１，Ｓ２およびレンズ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。［表１］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。

［表３］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。

［数値実施例２〜６］
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、［表４］〜［表６］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、［表７］〜［表９］に示す。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、［表１０］〜［表１２］に示す。同様にして、図５（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５として、［表１３］〜［表１５］に示す。同様にして、図６（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６として、［表１６］〜［表１８］に示す。

なお、実施例２ないし６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。

［表１９］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。［表１９］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９（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１０（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図１１（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１２（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図１３（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図１４（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、実施例３〜６に係るズームレンズについての諸収差を図１５〜図２６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、レンズ全長が短く、かつ第１レンズ群Ｇ１の外径を抑えて小型化と広角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。

ＧＣ…光学部材、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ１Ｆ…第１レンズ群中の前群、Ｇ１Ｒ…第１レンズ群中の後群、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、ＬＰ…直角プリズム（反射部材）、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、Ｍ１…第１の駆動モータ、Ｍ２…第２の駆動モータ、３１…第１の回転軸、３２…第２群用移動枠、３３…第４群用移動枠、３４…第２群用レンズ枠、３５…第４群用レンズ枠、４１…第２の回転軸、４２…第５群用移動枠、４３…第５群用レンズ枠、５１，５２…切り欠き部、１００…撮像素子。

Claims

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と共に合焦機能を有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、物体距離が無限遠の状態における前記第５レンズ群の位置が、広角端よりも望遠端において像側に位置するように移動し、
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、前記前群は少なくとも１面が非球面形状を有する非球面レンズからなり、
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。
０．８２６≦（ｄ３ｗ−ｄ３ｔ）／（ｄ１ｔ−ｄ１ｗ）＜１．０５ ……（１）
ただし、
ｄ１ｗ：広角端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔
ｄ１ｔ：望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔
ｄ３ｗ：広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔
ｄ３ｔ：望遠端での第３レンズ群と第４レンズ群との軸上間隔
とする。
変倍時に、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群が、互いに異なる移動方向で、かつ共に線形直線移動するようになされている
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
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。
０．７＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９ ……（２）
ただし、
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。
前記第１レンズ群中の前記後群は、正の屈折力を有する２枚のレンズからなり、前記２枚のレンズのうち少なくとも物体側のレンズが、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されている
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。
前記第１レンズ群において、前記後群の前記２枚のレンズのうち少なくとも物体側のレンズが、少なくとも前記前群の前記非球面レンズに近接している側において外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
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５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
Ｎ１＞１．９０ ……（３）
ν１＜２４ ……（４）
ただし、
Ｎ１：第１レンズ群中の前群を構成する非球面レンズのｄ線における屈折率
ν１：第１レンズ群中の前群を構成する非球面レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
請求項１ないし６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。