JP5711427B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、テレビカメラやビデオカメラ等への搭載に好適な高倍率のズームレンズおよびこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
従来、テレビカメラやビデオカメラ等に搭載されるズームレンズとして、高性能化のために、変倍時に移動する群が３群で構成されたものが知られている（特許文献１，２参照）。また、ズーム倍率が１００倍以上の高倍率のズームレンズとして、変倍時に移動する群が２群で構成されたものが知られている（特許文献３，４参照）。
特開平７−２４８４４９号公報 特開２００９−１２８４９１号公報 特開２０１０−９１７８８号公報 特開２０１１−３９３９９号公報
ズームレンズを高倍率化すると、変倍によるレンズ群の移動量が増加するため、絞りから最も物体側にあるレンズまでの距離が長くなる。これにより、広角化を達成しようとすると、レンズ系が大きくなりレンズ系の重量が大きくなってしまうことから、広角化が困難となっている。例えば上記特許文献１〜４に記載されたズームレンズにおいては、いずれも広角端における画角が６５度以下であり、広角化を達成できていない。
一方、広角化を達成するために、最も像側のレンズ群の構成を複雑化すると、レンズ系の重量が大きくなってしまうことから、高倍率化が困難となる。例えば、上記特許文献２に記載されたズームレンズにおいては、広角化を達成できているものがあるが、ズーム倍率をそれほど大きくすることができていない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、コンパクト性を維持しつつ、１００倍以上の高倍率化および広角化を実現可能な高倍率のズームレンズおよびこのズームレンズを搭載した撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明によるズームレンズは、物体側から順に、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群、
広角端から望遠端への変倍時に物体側から像側へ移動する負の屈折力を有する第２レンズ群、
変倍時に移動する正の屈折力を有する第３レンズ群、
広角端から望遠端への変倍時に像側から物体側へ移動する正の屈折力を有する第４レンズ群、および
変倍時に固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、
第３レンズ群と第４レンズ群とは変倍時に相対的に移動し、
広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群および第４レンズ群を合成してなる合成レンズ群と、第２レンズ群とはそれぞれの結像倍率が−１倍の点を同時に通り、
下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞２．５ … （１）
ただし、
ｆｗ：広角端の焦点距離
Ｄｇ３４max：変倍の際の第３レンズ群と第４レンズ群との間隔の最大値
Ｄｇ３４min：変倍の際の第３レンズ群と第４レンズ群との間隔の最小値
本発明のズームレンズは、５つのレンズ群からなるものであるが、５つのレンズ群以外に、実質的にパワーを持たないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つものも含むものであってもよい。
また、レンズ群とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
また、本発明においては、凸面、凹面、平面、両凹、メニスカス、両凸、平凸および平凹等といったレンズの面形状、正および負といったレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものについてはとくに断りのない限り近軸領域で考えるものとする。また、本発明においては、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸面を向けた場合を正、像側に凸面を向けた場合を負とすることにする。
なお、本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞３．０ … （１−１）
また、本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１０ … （２）
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
Ｄｇ３４max：変倍の際の第３レンズ群と第４レンズ群との間隔の最大値
Ｄｇ３４min：変倍の際の第３レンズ群と第４レンズ群との間隔の最小値
なお、下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。
【００１４】
【００１４】
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１５ … （２−１）
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が最大となるのは、変倍時に合成レンズ群の結像倍率が−１倍となる点よりも広角側であることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、望遠端において第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が最小となることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群を構成するレンズの少なくとも１面が非球面であることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群を構成するレンズのうち、最も像側のレンズが非球面レンズであることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ形状を有する第５レンズからなることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群を構成するレンズのうち、最も物体側のレンズが負の屈折力を有することが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群は、正の屈折力を有する１枚のレンズからなることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群は、３枚以上の正の屈折力を有するレンズ、および１枚以上の負の屈折力を有するレンズからなることが好ましい。
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群を構成するレンズのうち、最も物体側のレンズの物体側の面が非球面であることが好ましい。
本発明の撮像装置は、上記本発明のズームレンズを搭載したことを特徴とするものである。
本発明によれば、５群構成からなるズームレンズにおいて、各レンズ群の構成を好適に設定し、とくに変倍時において、変倍に作用する第２レンズ群に対し、第３レンズ群と第４レンズ群とで変倍に伴う像面変動を補正し、第３レンズ群と第４レンズ群とを相対的に移動させる、いわゆるフローティング方式を採用しているため、変倍時の像面の変動の補正とともに、変倍時の球面収差およびコマ収差の変動の抑制を良好に行うことが可能になる。また、広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群および第４レンズ群を合成してなる合成レンズ群と、第２レンズ群とがそれぞれの結像倍率が−１倍の点を同時に通るようにしているため、コンパクトでありながらも、収差の変動を良好に抑えた、高倍率ズームを達成することが可能となる。また、条件式（１）を満足しているため、広角側での光線高が高くなるのを抑制し、広角化を実現することが可能となる。
本発明の撮像装置によれば、本発明のズームレンズを搭載しているため、高倍率でありながらも、ハイビジョン画質を維持しつつ、広角化を達成することができる。
本発明の実施例１に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３に係るズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１に係るズームレンズにおけるズーム倍率と第３レンズ群および第４レンズ群の間隔との関係を示す図 本発明の実施例２に係るズームレンズにおけるズーム倍率と第３レンズ群および第４レンズ群の間隔との関係を示す図 本発明の実施例３に係るズームレンズにおけるズーム倍率と第３レンズ群および第４レンズ群の間隔との関係を示す図 本発明の実施例１に係るズームレンズの第１レンズ群および第２レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例１に係るズームレンズの第３レンズ群および第４レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例１に係るズームレンズの第５レンズ群から結像面までの詳細構成を示す断面図 本発明の実施例２に係るズームレンズの第１レンズ群および第２レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例２に係るズームレンズの第３レンズ群および第４レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例２に係るズームレンズの第５レンズ群から結像面までの詳細構成を示す断面図 本発明の実施例３に係るズームレンズの第１レンズ群および第２レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例３に係るズームレンズの第３レンズ群および第４レンズ群の詳細構成を示す断面図 本発明の実施例３に係るズームレンズの第５レンズ群から結像面までの詳細構成を示す断面図 本発明の実施例１に係るズームレンズの諸収差図（広角端） 本発明の実施例１に係るズームレンズのコマ収差図（広角端） 本発明の実施例１に係るズームレンズの諸収差図（中間域） 本発明の実施例１に係るズームレンズのコマ収差図（中間域） 本発明の実施例１に係るズームレンズの諸収差図（望遠端） 本発明の実施例１に係るズームレンズのコマ収差図（望遠端） 本発明の実施例２に係るズームレンズの諸収差図（広角端） 本発明の実施例２に係るズームレンズのコマ収差図（広角端） 本発明の実施例２に係るズームレンズの諸収差図（中間域） 本発明の実施例２に係るズームレンズのコマ収差図（中間域） 本発明の実施例２に係るズームレンズの諸収差図（望遠端） 本発明の実施例２に係るズームレンズのコマ収差図（望遠端） 本発明の実施例３に係るズームレンズの諸収差図（広角端） 本発明の実施例３に係るズームレンズのコマ収差図（広角端） 本発明の実施例３に係るズームレンズの諸収差図（中間域） 本発明の実施例３に係るズームレンズのコマ収差図（中間域） 本発明の実施例３に係るズームレンズの諸収差図（望遠端） 本発明の実施例３に係るズームレンズのコマ収差図（望遠端） 本発明の実施形態に係る撮像装置の斜視図
以下、本発明の実施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、本発明の一実施形態に係るズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ）は広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｂ）は中間域（中間焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｃ）は望遠端（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、後述の実施例２，３のレンズ構成に対応する第２および第３の構成例を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。
図１〜図３は全て、左側が物体側、右側が像側であり、広角端から望遠端へ変倍するときの各可動レンズ群の移動軌跡を、図１（Ａ）にのみ模式的に矢印で示す。図１（Ａ）に示す矢印は、物体側から順に第２レンズ群、第３レンズ群および第４レンズ群の移動軌跡に対応する。なお、第２および第３の構成例において、各可動レンズ群の移動軌跡は第１の構成例と略同一であるため、図２および図３においては移動軌跡の図示は省略する。
本発明の各実施形態のズームレンズは、例えば固体撮像素子を用いた高性能のテレビカメラやビデオカメラ等に搭載されて好適に使用可能なものであり、例えば変倍比が１００倍以上の標準から望遠域に適するものである。
このズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、広角端から望遠端への変倍時に物体側から像側へ移動する負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、変倍時に移動する正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、広角端から望遠端への変倍時に像側から物体側へ移動する正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＳｔを含む、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを備えたものである。なお、各図に示す開口絞りＳｔは、必ずしも大きさや形状を示すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。
このズームレンズの結像面（撮像面）Ｓｉｍには、例えば図示しない撮像素子が配置される。第５レンズ群Ｇ５と撮像面との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材が配置されていてもよい。図示した構成例では、色分解プリズム等からなる色分解光学系ＧＣが配置されている。
第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４は、変倍時に可動であり、ズーム群としての機能を有するものである。本実施形態のズームレンズでは、光学系先端ではなく光学系内部の群を移動させて変倍を行ういわゆるインナーズーム方式の構成を有している。テレビカメラやビデオカメラ等では、このようなインナーズーム方式の方が、変倍時の全長や重量バランスの変化が少なく操作性に優れており、好ましいとされている。
ズーム群のうち、第２レンズ群Ｇ２は、バリエータ群としての機能を有するものであり、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４はコンペンセータ群としての機能を有するものである。より詳しくは、第２レンズ群Ｇ２を光軸上で移動させることにより変倍が行われ、これに伴う像面の変動の補正が第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を光軸上で移動させることにより行われる。
とくに、本実施形態のズームレンズでは、変倍時に第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とが相対的な移動を行う、いわゆるフローティング方式を採用している。この構成により、変倍に伴う像面の変動を補正するとともに、変倍時の球面収差およびコマ収差の変動を良好に補正して、良好な光学性能を保持することができる。
本実施形態のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を合成してなる合成レンズ群と、第２レンズ群Ｇ２とはそれぞれの結像倍率βが−１倍の点を同時に通るように構成されている。この構成により、軸上色収差を良好に補正することができるとともに、高倍率化を達成することができる。
本実施形態のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最大となるのは、変倍時に第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群を合成してなる合成レンズ群の結像倍率βが−１倍となる点よりも広角側となるように構成することが好ましい。この構成により、合成レンズ群の結像倍率βが−１倍となる点よりも広角側で、最も物体側のレンズでの光線高が高くなる。このため、合成レンズ群の結像倍率βが−１倍となる点よりも広角側で、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔を最大とすることで、広角化を効果的に達成することができる。
本実施形態のズームレンズでは、望遠端において第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最小となるように構成することが好ましい。この構成により、望遠端において第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４が接近するため、屈折率を大きくすることができ、これにより高倍率化を達成することができる。
図４から図６は、第１から第３の構成例におけるズーム倍率と、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の間隔との関係を示すグラフである。図４から図６に示すように、第１から第３の構成例において、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最大となるのは、変倍時に第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群を合成してなる合成レンズ群の結像倍率βが−１倍となる点よりも広角側となるように構成されている。また、望遠端において第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最小となるように構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ形状を有する第５レンズからなる５群構成とすることができる。この構成により、本実施形態のズームレンズを、性能面および重量面からバランスのとれたものとすることができる。
第２レンズ群Ｇ２は、例えば図１に示す構成例のように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズと正の屈折力を有する第３レンズとの接合レンズ、正の屈折力を有する第４レンズと負の屈折力を有する第５レンズとの接合レンズ、および負の屈折力を有する第６レンズからなる６枚構成とすることができる。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズを負の屈折力を有するレンズとすることで、バリエーター群としての作用を持つ第２レンズ群Ｇ２をコンパクトに構成することができ、変倍に必要なストロークを確保することができるため、高倍率化を達成することができる。
第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも１面の非球面を有することが好ましく、この非球面は、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負の屈折力を有するレンズが有することが好ましい。変倍時に移動する第２レンズ群Ｇ２が非球面レンズを有することにより、収差補正上有利となり、さらに、ズーム群の最も物体側に位置する負の屈折力を有するレンズを非球面レンズとすることで、高い収差補正効果を得ることができる。
第３レンズ群Ｇ３は、例えば図１に示す例のように、正の屈折力を有する１枚のレンズで構成することができる。図１の移動軌跡を見て分かるように、広角端から望遠端への変倍時に、第３レンズ群Ｇ３は、必ずしも像側から物体側への一方向に移動するものではなく、逆方向に移動することもあり得る。このような動きをする第３レンズ群Ｇ３は、作動性に大きな影響を与えるものである。したがって、良好な作動性を得るためには、第３レンズ群Ｇ３は軽量であることが好ましく、そのためには少ないレンズ枚数、より具体的には１枚の正の屈折力を有するレンズで構成されることが好ましい。
また、第３レンズ群Ｇ３は少なくとも１面の非球面を有することが好ましく、この構成によれば、フローティング方式による球面収差やコマ収差の補正をより効果的なものとすることが可能となる。
第４レンズ群は、少なくとも３枚の正の屈折力を有するレンズと少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとから構成されることが好ましく、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズとの接合レンズ、２枚の正の屈折力を有する第３、第４レンズからなる４枚構成とすることができる。この構成により、望遠端における軸上色収差を良好に補正することができる。
また、第４レンズ群Ｇ４は少なくとも１面の非球面を有することが好ましく、この非球面は、第４レンズ群Ｇ４の最も像側の正の屈折力を有するレンズの物体側の面であることが好ましい。変倍時に移動する第４レンズ群Ｇ４が非球面レンズを有することにより、収差補正上有利となり、さらに、ズーム群の最も像側に位置する正の屈折力を有するレンズの物体側の面を非球面レンズとすることで、高い収差補正効果を得ることができ、とくに球面収差、コマ収差および像面湾曲を良好に補正することができる。
また、第４レンズ群Ｇ４は、光軸から周辺に向かうに従い正の屈折力が弱まる形状の非球面を少なくとも一面有することが好ましい。この構成によれば、変倍時の諸収差の変動を抑制するのに有利となる。
第５レンズ群Ｇ５は、リレー（マスター）群としての機能を有するものであり、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、開口絞りＳｔと、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、負の屈折力を有する第５レンズ、正の屈折力を有する第６レンズ、負の屈折力を有する第７レンズ、正の屈折力を有する第８レンズ、負の屈折力を有する第９レンズと正の屈折力を有する第１０レンズとの接合レンズ、光学フィルタ、および正の屈折力を有する第１１レンズと負の屈折力を有する第１２レンズとの接合レンズからなる１３枚構成とすることができる。なお、第１０レンズと第１１レンズとの間の光学フィルタは、露出オーバー時に発生する短波長側の色滲みを防ぐためのシャープカットフィルターのような光学部材と置き換えてもよい。
また、本実施形態のズームレンズは、下記条件式（１）を満足するように構成されている。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞２．５ … （１）
ただし、
ｆｗ：広角端の焦点距離
Ｄｇ３４max：変倍の際の第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔の最大値
Ｄｇ３４min：変倍の際の第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔の最小値
条件式（１）は、広角端の焦点距離に対する、フローティングを行う２つのレンズ群の間隔の最大値と最小値との好適な差を規定する式である。条件式（１）を満足することで、広角側での光線高が高くなるのを抑制することができ、広角化を実現することが可能となる。条件式（１）式の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３での光線を収縮させる効果が不十分になり、広角化が困難になる。
上記作用効果を高めるためには、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞３．０ … （１−１）
また、本実施形態のズームレンズは、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１０ … （２）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
Ｄｇ３４max：変倍の際の第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔の最大値
Ｄｇ３４min：変倍の際の第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔の最小値
条件式（２）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離に対する、フローティングを行う２つのレンズ群の間隔の最大値と最小値との好適な差を規定する式である。条件式（２）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３での光線を収縮させる効果が不十分になり、広角化が困難になる。
上記作用効果を高めるためには、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
（Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１５ … （２−１）
以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、全体として５群構成で、各レンズ群の構成を好適に設定し、とくに変倍時において、変倍に作用する第２レンズ群Ｇ２に対し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とで変倍に伴う像面変動を補正し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とを相対的に移動させる、いわゆるフローティング方式を採用しているため、変倍時の像面の変動の補正とともに、変倍時の球面収差およびコマ収差の変動の抑制を良好に行うことが可能になる。また、広角端から望遠端への変倍の際に、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を合成してなる合成レンズ群と、第２レンズ群Ｇ２とがそれぞれの結像倍率βが−１倍の点を同時に通るようにしているため、コンパクトでありながらも、収差の変動を良好に抑えた、高倍率ズームを達成することが可能となる。また、条件式（１）を満足しているため、広角側での光線高が高くなるのを抑制し、広角かつ高性能な高倍率ズームレンズを実現できる。
次に、本実施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。
［実施例１］
実施例１のレンズ断面図は、図１に示したものであり、その詳細構成を図７〜図９に示す。図７は第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の詳細構成、図８は第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の詳細構成、図９は第５レンズ群Ｇ５から結像面Ｓｉｍまでの詳細構成を示している。
実施例１においては、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１〜Ｌ５の５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２６の６枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚構成であり、第４レンズ群はレンズＬ４１〜Ｌ４４の４枚構成であり、第５レンズ群Ｇ５は開口絞りＳｔとレンズＬ５１〜Ｌ６３との１３枚構成である。
実施例１に係るズームレンズのレンズデータを表１に、その他のデータを表２に、非球面係数を表３に示す。なお、下に述べる表１〜表３中の記号の意味は後述の実施例についても同様である。また、以下の表では、所定の桁で丸めた数値を記載している。また、以下に記載する表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小して使用することが可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。
表１のレンズデータにおいて、Ｓｉは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ｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示し、θｇ，ｆｊはｊ番目の光学要素の部分分散比を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔ、色分解光学系ＧＣも含めて示している。レンズデータの曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。また、表１のＲｉ、Ｄｉは図７〜図９の符号のＲｉ、Ｄｉと対応している。
表１のレンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔に相当する面間隔Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ２２，Ｄ２９の欄には、可変であることをそれぞれＤＤ［１０］，ＤＤ［２０］，ＤＤ［２２］，ＤＤ［２９］と記載している。なお、条件式（１）、（２）のＤｇ３４は面間隔Ｄ２２に対応する。
表２には、その他のデータとして、広角端、中間域および望遠端での無限遠合焦状態における全系のズーム倍率、近軸焦点距離ｆ′（ｍｍ）、バックフォーカス（空気換算長）Ｂｆ′、Ｆ値（ＦＮｏ．）および画角（２ω）の値についても示す。また表２には、面間隔Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ２２，Ｄ２９の変倍時のデータＤＤ［１０］，ＤＤ［２０］，ＤＤ［２２］，ＤＤ［２９］として、広角端、中間域および望遠端での無限遠合焦状態におけるズーム間隔（ｍｍ）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。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、近軸の曲率半径の数値を示している。
また表３には、実施例１に係るズームレンズの非球面係数を示す。ここでは、非球面の面番号と、その非球面に関する非球面係数を示す。ここで非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０-n」を意味する。なお非球面係数は、下記非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍの値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ2／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ2・ｈ2）1/2｝＋ΣＡｍ・ｈm
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
実施例１に係るズームレンズの非球面は、上記非球面式に基づき、非球面係数ＡｍについてはＡ３〜Ａ１６までの次数を有効に用いて表している。
［実施例２］
実施例２のレンズ断面図は図２に示したものであり、その詳細構成を図１０〜図１２に示す。図１０は第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の詳細構成、図１１は第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の詳細構成、図１２は第５レンズ群Ｇ５から結像面Ｓｉｍまでの詳細構成を示している。
実施例２においては、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１〜Ｌ５の５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２６の６枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚構成であり、第４レンズ群はレンズＬ４１〜Ｌ４４の４枚構成であり、第５レンズ群Ｇ５は開口絞りＳｔとレンズＬ５１〜Ｌ６２の１２枚構成である。
実施例２に係るズームレンズのレンズデータを表４に、その他のデータを表５に、非球面係数を表６に示す。
［実施例３］
実施例３のレンズ断面図は、図３に示したものであり、その詳細構成を図１３〜図１５に示す。図１３は第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の詳細構成、図１４は第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の詳細構成、図１５は第５レンズ群Ｇ５から結像面Ｓｉｍまでの詳細構成を示している。
実施例３においては、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１〜Ｌ５の５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２６の６枚構成であり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚構成であり、第４レンズ群はレンズＬ４１〜Ｌ４４の４枚構成であり、第５レンズ群Ｇ５は開口絞りＳｔとレンズＬ５１〜Ｌ６３の１３枚構成である。
実施例３に係るズームレンズの面データを表７に、その他のデータを表８に、非球面係数を表９に示す。
［各実施例のその他の数値データ］
表１０に、実施例１〜３に係るズームレンズの条件式（１）、（２）に対応する値を示す。表１０から分かるように、実施例１〜３のいずれも、条件式（１）、（２）を満足している。
［収差性能］
図１６（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズの無限遠合焦状態における広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差および倍率色収差の収差図を、図１７（Ａ）〜（Ｇ）はコマ収差図を示す。図１８（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズの無限遠合焦状態における中間域での球面収差、非点収差、歪曲収差および倍率色収差の収差図を、図１９（Ａ）〜（Ｇ）はコマ収差図を示す。図２０（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズの無限遠合焦状態における望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差および倍率色収差の収差図を、図２１（Ａ）〜（Ｇ）はコマ収差図を示す。なお、コマ収差において、各図の（Ａ）〜（Ｄ）は各半画角におけるタンジェンシャル方向のコマ収差を、（Ｅ）〜（Ｇ）は各半画角におけるサジタル方向のコマ収差を示している。
各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図には、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）および波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）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。倍率色収差図には、Ｃ線およびＦ線についての収差を示す。また、コマ収差図の縦軸の目盛りの単位としてここではｍｍを用いているが、図面ではその記載を省略している。コマ収差図にはｄ線についての収差を示す。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無限遠合焦状態における広角端での諸収差図を図２２（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図２３（Ａ）〜（Ｇ）に示す。実施例２に係るズームレンズについての無限遠合焦状態における中間域での諸収差図を図２４（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図２５（Ａ）〜（Ｇ）に示す。実施例２に係るズームレンズについての無限遠合焦状態における望遠端での諸収差図を図２６（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図２７（Ａ）〜（Ｇ）に示す。
同様に、実施例３に係るズームレンズについての無限遠合焦状態における広角端での諸収差図を図２８（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図２９（Ａ）〜（Ｇ）に示す。実施例３に係るズームレンズについての無限遠合焦状態における中間域での諸収差図を図３０（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図３１（Ａ）〜（Ｇ）に示す。実施例３に係るズームレンズについての無限遠合焦状態における望遠端での諸収差図を図３２（Ａ）〜（Ｄ）に、コマ収差図を図３３（Ａ）〜（Ｇ）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、実施例１〜３に係るズームレンズは、小型化を図りつつ、１００倍以上の高変倍比を有し、広角端におけるＦナンバーは１．７６と明るいレンズ系となっていることが分かる。また、各収差が良好に補正されており、さらに広角端から望遠端にわたる変倍時において、球面収差、コマ収差を含めて各収差の変動量が小さく抑制されていることが分かる。
〔撮像装置の実施形態〕
次に、本発明の撮像装置の実施形態について説明する。図３４は、本発明の撮像装置の一実施形態であるテレビカメラ１０の斜視図である。図３４に示すテレビカメラ１０は、レンズ装置１２およびカメラ本体１４から構成される。レンズ装置１２は、本発明の実施形態に係るズームレンズ１２ａと、ズームレンズ１２ａによって結像された被写体の像を撮像する撮像素子１２ｂとを備えたものである。なお、図３４では、ズームレンズ１２ａは概略的に図示されている。
テレビカメラ１０は、ペデスタルドリー１６の上部に設置された雲台１８に、パン方向およびチルト方向に移動自在に支持される。雲台１８には、カメラマン（操作者）が両手で操作する２本のパン棒２２、２３が後方に向けて延設されている。パン棒２２の端部には、レンズ装置１２にケーブル２５を介して接続されたズームデマンド２６が取り付けられ、パン棒２３の端部には、レンズ装置１２にケーブル２７を介して接続されたフォーカスデマンド２８が取り付けられる。
ズームデマンド２６には、基準位置から両方向に回動可能なサムリング３０が設けられている。サムリング３０がカメラマンにより回転操作されると、その基準位置からの操作量、すなわち回転方向および回転量に応じたズーム指令信号がズームデマンド２６からレンズ装置１２に与えられ、レンズ装置１２のズームレンズ１２ａがワイド側またはテレ側に変倍される。これにより、ズーミングがマニュアル操作により実行される。
一方、パン棒２３に固定されるフォーカスデマンド２８の本体３２には、フォーカスリング（回動操作部材）３４が回動自在に設けられている。フォーカスリング３４がカメラマンにより回転操作されると、その操作量、すなわち回転方向および回転量に応じたフォーカス指令信号がフォーカスデマンド２８からレンズ装置１２に与えられ、レンズ装置１２のフォーカスレンズが至近側または無限遠側に移動される。これにより、フォーカシングがマニュアル操作により実行される。
上述したように、本発明の実施形態に係るズームレンズ１２ａは、小型化を図りながらも広角化および高変倍比を実現し、変倍時の球面収差、コマ収差の変動が抑制されて良好な光学性能を有するものであるため、ズームレンズ１２ａを搭載したテレビカメラ１０は、小型に構成することができ、高変倍比の機能を有するとともに、その撮像素子１２ｂの撮像面には鮮明な像を結像することができる。したがって、高倍率でありながらも、ハイビジョン画質を維持しつつ、広角化を達成することができる。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
また、上記実施形態では、撮像装置としてテレビカメラを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラや監視カメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。

Claims (14)

  1. 物体側から順に、変倍時に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群、
    広角端から望遠端への変倍時に物体側から像側へ移動する負の屈折力を有する第２レンズ群、
    変倍時に移動する正の屈折力を有する第３レンズ群、
    広角端から望遠端への変倍時に像側から物体側へ移動する正の屈折力を有する第４レンズ群、および
    変倍時に固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、
    前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは変倍時に相対的に移動し、
    広角端から望遠端への変倍の際に、前記第３レンズ群および前記第４レンズ群を合成してなる合成レンズ群と、前記第２レンズ群とはそれぞれの結像倍率が−１倍の点を同時に通り、
    下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞２．５ … （１）
    ただし、
    ｆｗ：広角端の焦点距離
    Ｄｇ３４max：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最大値
    Ｄｇ３４min：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最小値
  2. 下記条件式（１−１）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
    （Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆｗ＞３．０ … （１−１）
    ただし、
    ｆｗ：広角端の焦点距離
    Ｄｇ３４max：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最大値
    Ｄｇ３４min：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最小値
  3. 下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
    （Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１０ … （２）
    ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
    Ｄｇ３４max：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最大値
    Ｄｇ３４min：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最小値
  4. 下記条件式（２−１）を満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
    （Ｄｇ３４max−Ｄｇ３４min）／ｆ３＞０．１５ … （２−１）
    ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
    Ｄｇ３４max：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最大値
    Ｄｇ３４min：変倍の際の前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔の最小値
  5. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が最大となるのは、変倍時に前記合成レンズ群の結像倍率が−１倍となる点よりも広角側であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
  6. 望遠端において前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が最小となることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
  7. 前記第３レンズ群を構成するレンズの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
  8. 前記第４レンズ群を構成するレンズのうち、最も像側のレンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
  9. 前記第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ形状を有する第５レンズからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
  10. 前記第２レンズ群を構成するレンズのうち、最も物体側のレンズが負の屈折力を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
  11. 前記第３レンズ群は、正の屈折力を有する１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
  12. 前記第４レンズ群は、３枚以上の正の屈折力を有するレンズ、および１枚以上の負の屈折力を有するレンズからなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
  13. 前記第２レンズ群を構成するレンズのうち、最も物体側のレンズの物体側の面が非球面であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
  14. 請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。
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