JP5798255B2

JP5798255B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5798255B2
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Inventors: 大樹河村
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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、デジタルカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、映画撮影用カメラ等の電子カメラに用いられるズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置に用いられるズームレンズでは、高変倍比化への要求が高まっている。高変倍比を実現するズームレンズのタイプとして、物体側より順に、正、負、正、正、あるいは、正、負、正、負等の群配置を有する４群方式のズームレンズや、正、負、正、正、正、あるいは、正、負、正、負、正等の群配置を有する５群方式のズームレンズが知られている（例えば特許文献１〜４）。

特開２０１１−１８６４１７号公報特開２０１１−１２３３３７号公報特開２００９−２９４５１３号公報特開２００９−２５１２８０号公報

特許文献１では、実施例８〜１１において変倍比２８のズームレンズ、特許文献２では、変倍比が２０〜３０のズームレンズ、特許文献３では、変倍比が２５〜３０のズームレンズが開示されている。

高変倍比ズームレンズにおける１つの大きな課題として、光学性能、特に、望遠側での色収差と、レンズ系の大きさのバランスを図ることが挙げられる。

特許文献１に開示されているズームレンズでは、収差が非常に良好に補正されているが、望遠端の焦点距離に対して、レンズ群の操出量（望遠端での光学全長）がやや大きい。従って、このような構成、パワー配置において、さらなる高変倍比化を図った場合には、非常に大きなレンズとなってしまう。変倍比を大きくした場合、そのレンズが搭載されるカメラのサイズをその分大きくすることができればよいが、市場で求められるカメラのサイズにはある程度限度があるため、単純に比例拡大的に大きくなることは望まれない。

また、変倍比が大きくなっても、レンズ系のサイズが大型化し過ぎないようにする、それはつまり、特許文献１の例において、望遠側の色収差等の光学性能を犠牲にしないように小型化を図ることと同じことであるが、そのためには、例えば、第１レンズ群に用いられている材料やパワー配置に選択に改善の余地がある。このような４群または５群構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群は、最も物体側に負レンズと正レンズの接合レンズと、１枚または２枚の正レンズを配置した構成となっているものが一般的である。

特許文献１においては、第１レンズにアッベ数２５．４のガラス、第２レンズにアッベ数６４．２あるいは７０．２のガラスが使用されている。例えば、このような構成において色収差の増大を抑えつつ、小型化を図る、あるいは、変倍比を大きくするためには、第２レンズに用いられる材料のアッベ数をより低分散側にシフトさせ、異常分散性を利用して補正を行うことが考えられる。一般に、異常分散性を有する材料を用いると、高価になる傾向があるため、コストとの兼ね合いもあるが、必要なスペック、光学性能に応じて、選択することが必要となる。その上で、サイズが大きくなりすぎないように、レンズ構成や、パワー配置、特に、第１レンズ群や第２レンズ群等のパワーを最適に設定する必要がある。

また、第１レンズの負レンズに用いる材料のアッベ数をさらに低分散側に設定すれば、二次スペクトルの補正に対して有利であり、特許文献２では、第１レンズに、アッベ数３３．３の材料が用いられた例が示されているが、変倍比は２９．９倍までにとどまっている。また、特許文献３では、第２レンズに、アッベ数が９５．０の異常分散ガラスを用いた例が開示されているが、製造コストが増大してしまうという課題がある。この例においても、変倍比は３０にとどまっている。

特許文献４では、第１レンズ群を４枚で構成することによって、変倍比３９．６倍〜５８．３倍を得ているが、レンズ系全体が大型化してしまうという問題がある。また、第１レンズ群に配置されたレンズは、その他の群に配置されたレンズに比べて、圧倒的に外径が大きいため、材料費の高いガラスでなくともコストの増大の問題が大きい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高変倍比でありながら、小型で、諸収差が良好に補正されたズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、変倍に際して各レンズ群の間隔が変化し、第１レンズ群は、望遠端状態において広角端状態よりも物体側に位置し、第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１１レンズ、正の屈折力を有する第１２レンズ、正の屈折力を有する第１３レンズの３枚のレンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする。

１．７５＜Ｎｄ１１ …（１）
２８＜νｄ１１＜４４ …（２）
６３＜νｄ１２ …（３）
０．０２０＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４）
１１．０９２≦ｆ１／｜ｆ２｜＜１６．０ …（８）
ただし、Ｎｄ１１：第１１レンズのｄ線における屈折率、νｄ１１：第１１レンズのｄ線におけるアッベ数、νｄ１２：第１２レンズのｄ線に対するアッベ数、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離とする。

本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群中に少なくとも１枚の正レンズを含み、下記条件式を満足することが好ましい。

１５＜νｄ２ｐ＜２３ …（５）
ただし、νｄ２ｐ：第２レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。

また、下記条件式を満足することが好ましい。

５０＜νｄ１３＜７５ …（６）
ただし、νｄ１３：第１３レンズのアッベ数とする。

また、第３レンズ群は、正レンズを含む少なくとも１組の接合レンズを有し、下記条件式を満足することが好ましい。

６５＜νｄ３ｐｃ …（７）
ただし、νｄ３ｐｃ：接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。

なお、第３レンズ群中に、３枚以上の接合レンズがある場合や、接合レンズが複数ある場合等、第３レンズ群中の接合レンズに含まれる正レンズが複数ある場合には、第３レンズ群中の接合レンズに含まれる正レンズのうち少なくとも１枚の正レンズが条件式（７）を満たしていればよい。

また、下記条件式を満足することが好ましい。

０．３＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．４ …（９）
ただし、ｆ４：第４レンズ群の焦点距離、ｆｗ：広角端における全系の焦点距離とする。

また、下記条件式を満足することが好ましい。

０．３＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．５ …（１０）
ただし、ｆ５：第５レンズ群の焦点距離、ｆ４：第４レンズ群の焦点距離とする。

また、望遠端状態において、広角端状態よりも、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が増大、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が減少、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が増大、第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が増大するように、少なくとも第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群が移動することが好ましい。

また、第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズの４枚のレンズからなることが好ましい。

また、第３レンズ群は、少なくとも２枚以上の正レンズと、少なくとも２枚以上の負レンズとを含むことが好ましい。

また、第５レンズ群は、１枚のレンズからなることが好ましい。

また、第５レンズ群は、常時固定されていることが好ましい。

また、第４レンズ群は、正レンズと負レンズの２枚のレンズからなることが好ましい。

また、第４レンズ群を移動させることによりフォーカシングを行うことが好ましい。

また、下記条件式を満足することが好ましい。

１．７８＜Ｎｄ１１ …（１−１）
２９＜νｄ１１＜４３ …（２−１）
６６＜νｄ１２＜８５ …（３−１）
０．０２３＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４−１）
さらに好ましくは、下記条件式を満足することが好ましい。

１．７８＜Ｎｄ１１ …（１−１）
３０＜νｄ１１＜４２ …（２−２）
６６＜νｄ１２＜８５ …（３−１）
０．０２７＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４−２）
また、第２レンズ群中に少なくとも１枚の正レンズを含み、下記条件式を満足することが好ましい。

１６＜νｄ２ｐ＜２２ …（５−１）
また、下記条件式を満足することが好ましい。

５２＜νｄ１３＜７２ …（６−１）
また、第３レンズ群は、正レンズを含む少なくとも１組の接合レンズを有し、下記条件式を満足することが好ましい。

６７＜νｄ３ｐｃ …（７−１）
さらに好ましくは、下記条件式を満足することが好ましい。

８０＜νｄ３ｐｃ …（７−２）
また、下記条件式を満足することが好ましい。

９．０＜ｆ１／｜ｆ２｜＜１５．０ …（８−１）
さらに好ましくは、下記条件式を満足することが好ましい。

１０．０＜ｆ１／｜ｆ２｜＜１４．０ …（８−２）
また、下記条件式を満足することが好ましい。

０．４＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．３ …（９−１）
さらに好ましくは、下記条件式を満足することが好ましい。

０．５＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．１ …（９−２）
また、下記条件式を満足することが好ましい。

０．４＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．３ …（１０−１）
さらに好ましくは、下記条件式を満足することが好ましい。

０．５＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．２ …（１０−２）
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、変倍に際して各レンズ群の間隔が変化し、第１レンズ群は、望遠端状態において広角端状態よりも物体側に位置し、第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１１レンズ、正の屈折力を有する第１２レンズ、正の屈折力を有する第１３レンズの３枚のレンズからなり、下記条件式を満足するものとしたので、高変倍比でありながら、小型で、諸収差が良好に補正されたズームレンズとすることが可能となる。

１．７５＜Ｎｄ１１ …（１）
２８＜νｄ１１＜４４ …（２）
６３＜νｄ１２ …（３）
０．０２０＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４）
また、本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えているため、高変倍比で、高画質の映像を得ることができるとともに、装置の小型化も可能となる。

本発明の一実施形態にかかるズームレンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図上記ズームレンズの各レンズ群の移動軌跡を示す断面図本発明の実施例２の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の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４の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５の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６の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７の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のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例２のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例３のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例４のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例５のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例６のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施例７のズームレンズの各収差図（Ａ〜Ｌ）本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

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は本発明の一実施形態にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図、図２は上記ズームレンズの各レンズ群の移動軌跡を示す断面図である。図１、２に示す構成例は、後述の実施例１のズームレンズの構成と共通である。図１、２においては、左側が物体側、右側が像側である。

このズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、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、開口絞りＳｔ、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負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からなり、変倍に際して各レンズ群の間隔が変化し、第１レンズ群Ｇ１は、望遠端状態において広角端状態よりも物体側に位置するものである。ここで、図１、２に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

このズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図１、２では、これらを想定した平行平面板状の光学部材ＰＰを第５レンズ群Ｇ５と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１１レンズＬ１１、正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２、正の屈折力を有する第１３レンズＬ１３の３枚のレンズからなる。

色収差をはじめとする光学性能と、大きさやコストをバランス良く両立させた高変倍比のズームレンズを得るためには、特に、第１レンズ群Ｇ１中に配置されるレンズの材料およびパワー配置や、第２レンズ群Ｇ２のパワー配置を最適に設定する必要がある。

従って、本実施形態のズームレンズは、下記条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足するように構成されている。

１．７５＜Ｎｄ１１ …（１）
２８＜νｄ１１＜４４ …（２）
６３＜νｄ１２ …（３）
０．０２０＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４）
ただし、Ｎｄ１１：第１１レンズのｄ線における屈折率、νｄ１１：第１１レンズのｄ線におけるアッベ数、νｄ１２：第１２レンズのｄ線に対するアッベ数、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離とする。

条件式（１）は、第１１レンズＬ１１の屈折率を規定しており、条件式（１）の下限を下回ると、補正過剰のペッツバール和が発生し、像面湾曲を抑えることが困難になる。

条件式（２）は、第１１レンズＬ１１のアッベ数を規定しており、条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１に配置された正レンズとの組み合わせによって、色消しを行う際に、正レンズとの分散の差が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１内のレンズのパワーが弱くなるため、球面収差の補正には有利になるが、望遠側での短波長側の色収差の発生を抑えることが困難になる。逆に、条件式（２）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１内に配置された各レンズのパワーが強くなるため、特に望遠側での球面収差の補正が困難になる。

条件式（３）は、第１２レンズＬ１２のアッベ数を規定しており、条件式（３）の下限を下回ると、望遠側での軸上色収差を補正することが困難になる。特に、条件式（２）を満たす材料で構成された第１１レンズＬ１１との組み合わせによる色収差補正を考えた場合、レンズのパワーが大きくなって、望遠側での球面収差や像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と望遠端における全系の焦点距離の関係を規定しており、条件式（４）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが強くなり過ぎ、諸収差の補正が困難になる。特に、広角端における像面湾曲の補正が困難になる。逆に、条件式（４）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが不十分で変倍比を稼げないか、全長が長くなったり、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの径が大きくなったりして、鏡筒全体が大きくなる。

また、下記条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

１．７８＜Ｎｄ１１ …（１−１）
２９＜νｄ１１＜４３ …（２−１）
６６＜νｄ１２＜８５ …（３−１）
０．０２３＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４−１）
第１２レンズＬ１２について、条件式（３−１）の上限を上回るような材料を用いた場合には、異常分散性が高くなるため色収差補正においては、有利であるが、製造コストが増大してしまうため、必要なスペックや光学性能次第では、条件式（３−１）の上限を超えない材料を選択することがより好ましい。

また、下記条件式（１−１）、（２−２）、（３−１）、（４−２）を満足するものとすれば、さらに良好な特性とすることができる。

１．７８＜Ｎｄ１１ …（１−１）
３０＜νｄ１１＜４２ …（２−２）
６６＜νｄ１２＜８５ …（３−１）
０．０２７＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４−２）
本実施形態のズームレンズにおいては、第２レンズ群Ｇ２中に少なくとも１枚の正レンズを含み、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２に配置された正レンズのアッベ数を規定しており、条件式（５）の下限を下回ると、２次スペクトルを抑えることが困難になる。逆に、条件式（５）の上限を上回ると、一次の色消しを効果的に行えなくなってしまう。なお、下記条件式（５−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

１５＜νｄ２ｐ＜２３ …（５）
１６＜νｄ２ｐ＜２２ …（５−１）
ただし、νｄ２ｐ：第２レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）は、第１３レンズＬ１３のアッベ数を規定しており、条件式（６）の範囲を外れると、ズーム全域における軸上色収差と倍率色収差をバランスよく補正することが困難になる。特に、条件式（６）の下限を下回ると、望遠側での軸上色収差の補正が困難になり、逆に、条件式（６）の上限を上回ると、広角側での倍率色収差の補正が困難になる。なお、下記条件式（６−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

５０＜νｄ１３＜７５ …（６）
５２＜νｄ１３＜７２ …（６−１）
ただし、νｄ１３：第１３レンズのアッベ数とする。

また、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズを含む少なくとも１組の接合レンズを有し、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ３に配置された接合レンズを構成する正レンズのアッベ数を規定している。小型化等の目的によって、第２レンズ群Ｇ２について条件式（４）の上限を下回るように負のパワーを強くしたとき、あるいは、条件式（５）を満足するような正レンズを配置したとき、それらのレンズは高屈折率高分散材料で構成することになり、その場合、第２レンズ群Ｇ２内での色収差が補正不足となる傾向にある。条件式（７）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２で発生した色収差を補正しきれなくなってしまう。なお、下記条件式（７−１）、より好ましくは条件式（７−２）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

６５＜νｄ３ｐｃ …（７）
６７＜νｄ３ｐｃ …（７−１）
８０＜νｄ３ｐｃ …（７−２）
ただし、νｄ３ｐｃ：接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数とする。

また、下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の関係を規定しており、条件式（８）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１のパワーが強くなり、小型化には有利であるが、第１レンズ群Ｇ１において発生する収差が大きくなる。また、広角側で発生する倍率色収差の補正が困難になる。あるいは、第２レンズ群Ｇ２のパワーが弱くなって、変倍比を稼げないか、全長が長くなる。逆に、条件式（８）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１のパワー弱くなり、レンズ全長が大きくなるとともに、第１レンズ群Ｇ１の外径も大きくなる。あるいは、第２レンズ群Ｇ２のパワーが強くなり、第２レンズ群Ｇ２で発生する収差が大きくなる。なお、下記条件式（８−１）、より好ましくは条件式（８−２）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

８．５＜ｆ１／｜ｆ２｜＜１６．０ …（８）
９．０＜ｆ１／｜ｆ２｜＜１５．０ …（８−１）
１０．０＜ｆ１／｜ｆ２｜＜１４．０ …（８−２）
ただし、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離とする。

また、下記条件式（９）を満足することが好ましい。条件式（９）は、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離と、広角端および望遠端における全系の焦点距離との関係を規定しており、条件式（９）の下限を下回ると、第４レンズ群Ｇ４のパワーが強くなるため、小型化には有利であるが、第４レンズ群Ｇ４で発生する収差が増大されるために、ズーム全域において収差を良好に補正することが困難となる。逆に、条件式（９）の上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ４のパワーが弱くなり、小型化が難しくなる。なお、下記条件式（９−１）、より好ましくは条件式（９−２）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

０．３＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．４ …（９）
０．４＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．３ …（９−１）
０．５＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．１ …（９−２）
ただし、ｆ４：第４レンズ群の焦点距離、ｆｗ：広角端における全系の焦点距離とする。

また、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。条件式（１０）は、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離と第５レンズ群Ｇ５の焦点距離の比を規定しており、条件式（１０）の下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５のパワーが強くなり、広角側でのコマ収差の補正が困難になる。逆に、条件式（１０）の上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ４のパワーが強くなり、望遠側での球面収差の補正が困難になる。なお、下記条件式（１０−１）、より好ましくは条件式（１０−２）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

０．３＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．５ …（１０）
０．４＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．３ …（１０−１）
０．５＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．２ …（１０−２）
ただし、ｆ５：第５レンズ群の焦点距離、ｆ４：第４レンズ群の焦点距離とする。

また、望遠端状態において、広角端状態よりも、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が増大するように、少なくとも第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が移動することが好ましい。これにより、高変倍比化が容易となる。

また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズの４枚のレンズからなることが好ましい。このように、第２レンズ群Ｇ２内において、物体側に負の単レンズを２枚配置する構成とすることにより、第２レンズ群Ｇ２の物体側の主点位置を第１レンズ群Ｇ１に近づけることができるため、第１レンズ群Ｇ１の径および光軸方向の大きさの両方について小型化することができる。

また、第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも２枚以上の正レンズと、少なくとも２枚以上の負レンズとを含むことが好ましい。これにより、ＦＮｏ．を明るくしてもズーム全域での諸収差をバランスよく補正することができる。また、軸上色収差補正に対しても有利である。

また、第５レンズ群Ｇ５は、１枚のレンズからなることが好ましい。これにより、小型化および低コスト化を実現できる。

また、第５レンズ群Ｇ５は、移動機構を持たず常時固定とされていることが好ましい。これにより、デジタルカメラ等の撮像装置に搭載した場合に、撮像素子へのゴミやほこりの付着を低減することができる。

また、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズと負レンズの２枚のレンズからなることが好ましい。これにより、第４レンズ群Ｇ４の移動に伴う収差変動を小さく抑えることができる。

また、第４レンズ群Ｇ４を移動させることによりフォーカシングを行うことが好ましい。このように、他のレンズ群と比較して構成枚数が少なくレンズ径の小さい第４レンズ群Ｇ４でフォーカシングすることにより、フォーカシングの高速化を実現できる。

本ズームレンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

また、本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等をレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。

まず、実施例１のズームレンズについて説明する。実施例１のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２〜７に対応した図３〜８においては、光学部材ＰＰも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例１のズームレンズは、物体側から順に、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、開口絞りＳｔ、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負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からなる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負レンズＬ１１、負レンズＬ１１と接合された正レンズＬ１２、正レンズＬ１３の３枚で構成される。負レンズＬ１１と正レンズＬ１２からなる接合レンズは、望遠側における軸上色収差を補正する効果を有し、正レンズＬ１３は望遠端における像面湾曲を補正する効果を有する。また、第１レンズ群Ｇ１を３枚のレンズで構成することにより、レンズ系の小型化、低コスト化を実現している。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負レンズＬ２１、負レンズＬ２２、正レンズＬ２３、正レンズＬ２３と接合された負レンズＬ２４の４枚で構成される。物体側から順に、負の単レンズを２枚配置することによって、第２レンズ群Ｇ２の物体側主点位置を第１レンズ群Ｇ１に近づけることができ、第１レンズ群Ｇ１の径を小さくすることができる。また、正レンズＬ２３と負レンズＬ２４によって構成された接合レンズは、広角端における倍率色収差を補正する効果を有する。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正レンズＬ３１、正レンズＬ３１と接合された負レンズＬ３２、正レンズＬ３３、正レンズＬ３３と接合された負レンズＬ３４、非球面形状を有する正レンズＬ３５、負レンズＬ３６、負レンズＬ３６と接合された正レンズＬ３７の７枚で構成される。正レンズＬ３１と負レンズＬ３２からなる接合レンズは、全変倍域における球面収差と軸上色収差を補正する効果を有し、正レンズＬ３３と負レンズＬ３４からなる接合レンズは、全変倍域における軸上色収差と倍率色収差を補正する効果を有し、非球面形状を有する正レンズＬ３５は、望遠側での球面収差および像面湾曲を補正する効果を有し、負レンズＬ３６と正レンズＬ３７からなる接合レンズは、全変倍域における倍率色収差を補正する効果を有する。

第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、負レンズＬ４１、非球面形状を有する正レンズＬ４２の２枚で構成される。正レンズと負レンズを各々１枚配置することによって、第４レンズ群Ｇ４の移動に伴う色収差の変動を小さく抑えることができる。

第５レンズ群Ｇ５は、１枚の非球面形状を有する正レンズＬ５１で構成される。正レンズＬ５１は、全変倍域において、歪曲収差および、像面湾曲を補正する効果を有する。また、１枚のレンズで構成することによって、小型、軽量化、および、低コスト化を図っている。

上記ズームレンズは、望遠端状態において、広角端状態よりも、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が移動し、第５レンズ群Ｇ５は固定されている。

合焦は、第４レンズ群Ｇ４を移動させることによって行われる。

負レンズＬ３６と正レンズＬ３７からなる接合レンズは防振のために光軸上と垂直な方向へ移動可能となるように構成される。防振用のレンズを接合レンズで構成することによって、レンズの移動による色収差の変動を小さく抑えることができる。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、移動面の間隔に関するデータを表３に、非球面係数に関するデータを表４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜７についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄に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の欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｄｊの欄には最も物体側の光学要素を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の欄には同じくｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

また、表１のレンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤ[ｉ]と記載している。また、Ｄｉの最下欄の値は、光学部材ＰＰの像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。

表２の諸元に関するデータに、広角・中間・望遠の各々の、ズーム倍率、焦点距離ｆ´、Ｆ値ＦＮｏ．および全画角２ωの値を示す。

基本レンズデータ、諸元に関するデータ、および移動面の間隔に関するデータにおいて、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、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、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。表４の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号Ｓｉと、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ …（Ｂ）
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（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

実施例１のズームレンズの各収差図を図９（Ａ）〜（Ｌ）に示す。図９（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ広角の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示し、図９（Ｅ）〜（Ｈ）はそれぞれ中間の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示し、図９（Ｉ）〜（Ｌ）はそれぞれ望遠の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。

球面収差、非点収差、歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、点線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と破線で示す。倍率色収差図にはＣ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差をそれぞれ長破線、短破線、点線で示す。なお、球面収差図のＦｎｏ．はＦ値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

次に、実施例２のズームレンズについて説明する。実施例２のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。

実施例２のズームレンズは、実施例１のズームレンズに対して、第３レンズ群Ｇ３の構成のみが異なる。

実施例２のズームレンズの第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、正レンズＬ３１、正レンズＬ３１と接合された負レンズＬ３２、正レンズＬ３３、正レンズＬ３３と接合された負レンズＬ３４、非球面形状を有する正レンズＬ３５の５枚で構成される。正レンズＬ３１と負レンズＬ３２からなる接合レンズは、全変倍域における球面収差と軸上色収差を補正する効果を有し、正レンズＬ３３と負レンズＬ３４からなる接合レンズは、全変倍域における軸上色収差と倍率色収差を補正する効果を有し、非球面形状を有する正レンズＬ３５は、望遠側での球面収差および像面湾曲を補正する効果を有する。

なお、第３レンズ群Ｇ３全体を防振のために光軸と垂直な方向へ移動可能となるように構成してもよい。

また、実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に、移動面の間隔に関するデータを表７に、非球面係数に関するデータを表８に、各収差図を図１０（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

次に、実施例３のズームレンズについて説明する。実施例３のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図４に示す。

実施例３のズームレンズは、実施例２のズームレンズと同様の形状である。

また、実施例３のズームレンズの基本レンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に、移動面の間隔に関するデータを表１１に、非球面係数に関するデータを表１２に、各収差図を図１１（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

次に、実施例４のズームレンズについて説明する。実施例４のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図５に示す。

実施例４のズームレンズも、実施例２のズームレンズと同様の形状である。

また、実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表１３に、諸元に関するデータを表１４に、移動面の間隔に関するデータを表１５に、非球面係数に関するデータを表１６に、各収差図を図１２（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

次に、実施例５のズームレンズについて説明する。実施例５のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図６に示す。

実施例５のズームレンズも、実施例２のズームレンズと同様の形状である。

また、実施例５のズームレンズの基本レンズデータを表１７に、諸元に関するデータを表１８に、移動面の間隔に関するデータを表１９に、非球面係数に関するデータを表２０に、各収差図を図１３（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

次に、実施例６のズームレンズについて説明する。実施例６のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図７に示す。

実施例６のズームレンズも、実施例２のズームレンズと同様の形状である。

また、実施例６のズームレンズの基本レンズデータを表２１に、諸元に関するデータを表２２に、移動面の間隔に関するデータを表２３に、非球面係数に関するデータを表２４に、各収差図を図１４（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

次に、実施例７のズームレンズについて説明する。実施例７のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図８に示す。

実施例７のズームレンズも、実施例２のズームレンズと同様の形状である。

また、実施例７のズームレンズの基本レンズデータを表２５に、諸元に関するデータを表２６に、移動面の間隔に関するデータを表２７に、非球面係数に関するデータを表２８に、各収差図を図１５（Ａ）〜（Ｌ）に示す。

実施例１〜７のズームレンズの条件式（１）〜（１０）に対応する値を表２９に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表２９に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜７のズームレンズは全て、条件式（１）〜（１０）を満たしており、高変倍比でありながら、小型で、諸収差が良好に補正されたズームレンズであることが分かる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１６に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態のズームレンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。なお、図１６では各レンズ群を概略的に示している。この撮像装置としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等を挙げることができる。

図１６に示す撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタ等の機能を有するフィルタ６と、フィルタ６の像側に配置された撮像素子７と、信号処理回路８とを備えている。撮像素子７はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子７としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子７は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子７の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子７からの出力信号が信号処理回路８にて演算処理され、表示装置９に像が表示される。

以上、実施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、屈折率、アッベ数等の値は、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。

Claims

物体側から順に、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、負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、
変倍に際して各レンズ群の間隔が変化し、前記第１レンズ群は、望遠端状態において広角端状態よりも物体側に位置し、
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１１レンズ、正の屈折力を有する第１２レンズ、正の屈折力を有する第１３レンズの３枚のレンズからなり、
下記条件式を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
１．７５＜Ｎｄ１１ …（１）
２８＜νｄ１１＜４４ …（２）
６３＜νｄ１２ …（３）
０．０２０＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４）
１１．０９２≦ｆ１／｜ｆ２｜＜１６．０ …（８）
ただし、
Ｎｄ１１：前記第１１レンズのｄ線における屈折率
νｄ１１：前記第１１レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ１２：前記第１２レンズのｄ線に対するアッベ数
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
とする。
前記第２レンズ群中に少なくとも１枚の正レンズを含み、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
１５＜νｄ２ｐ＜２３ …（５）
ただし、
νｄ２ｐ：前記第２レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
下記条件式を満足する
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。
５０＜νｄ１３＜７５ …（６）
ただし、
νｄ１３：前記第１３レンズのアッベ数
とする。
前記第３レンズ群は、正レンズを含む少なくとも１組の接合レンズを有し、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
６５＜νｄ３ｐｃ …（７）
ただし、
νｄ３ｐｃ：前記接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．３＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．４ …（９）
ただし、
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
とする。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．３＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．５ …（１０）
ただし、
ｆ５：前記第５レンズ群の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
とする。
望遠端状態において、広角端状態よりも、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が減少、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が増大、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の間隔が増大するように、少なくとも前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群が移動する
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。
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズの４枚のレンズからなる
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。
前記第３レンズ群は、少なくとも２枚以上の正レンズと、少なくとも２枚以上の負レンズとを含む
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。
前記第５レンズ群は、１枚のレンズからなる
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。
前記第５レンズ群は、常時固定されている
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。
前記第４レンズ群は、正レンズと負レンズの２枚のレンズからなる
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。
前記第４レンズ群を移動させることによりフォーカシングを行う
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。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズ。
１．７８＜Ｎｄ１１ …（１−１）
３０＜νｄ１１＜４２ …（２−２）
６６＜νｄ１２＜８５ …（３−１）
０．０２７＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜０．０５０ …（４−２）
前記第２レンズ群中に少なくとも１枚の正レンズを含み、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載のズームレンズ。
１６＜νｄ２ｐ＜２２ …（５−１）
ただし、
νｄ２ｐ：前記第２レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項記載のズームレンズ。
５２＜νｄ１３＜７２ …（６−１）
ただし、
νｄ１３：前記第１３レンズのアッベ数
とする。
前記第３レンズ群は、正レンズを含む少なくとも１組の接合レンズを有し、
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項記載のズームレンズ。
８０＜νｄ３ｐｃ …（７−２）
ただし、
νｄ３ｐｃ：前記接合レンズを構成する正レンズのｄ線におけるアッベ数
とする。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．５＜｜ｆ４｜／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．１ …（９−２）
ただし、
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
とする。
下記条件式を満足する
ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．５＜ｆ５／｜ｆ４｜＜１．２ …（１０−２）
ただし、
ｆ５：前記第５レンズ群の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
とする。
請求項１記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。