JP5804878B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特にスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラそして監視用カメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する撮像装置に好適なものである。
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、そして銀塩フィルムを用いた銀塩写真用カメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系には、明るいＦナンバーであること、広画角であることが要求されている。更に高い光学性能を有すること、全系が小型なズームレンズであること等が要求されている。
これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側に正の屈折力のレンズ群を配置したポジティブリード型のズームレンズが知られている。ポジティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に正、負、正、負、正の屈折力の第１〜第５レンズ群の５つのレンズ群より成るズームレンズが知られている（特許文献１、２）。
特許文献１、２には、ズーミングに際して第１レンズ群を固定とし、それより像側の複数のレンズ群を移動させることによってズーミングを行い、また第１レンズ群以外のレンズ群でフォーカスを行うことで、広画角かつ小型なズームレンズが提案されている。
特開平５−２１５９６７号公報 特開２００８−１２９０７６号公報
撮像装置に用いるズームレンズには、明るいＦナンバー（Ｆナンバーが小さい）でありながら広画角で、高い光学性能を有しかつ小型であることが要求されている。同時に、ズーミングの際に必要な駆動源の省力化やズーミングの際の微小な像ブレの抑制、さらにはレンズ鏡筒の強度を高めるため第１レンズ群をズーミングの際に固定とすること等が要望されている。
ポジティブリード型のズームレンズにおいて、第１レンズ群をズーミングの際に固定にして、所定のＦナンバーや光学性能を良好に維持しつつ広画角化を図ろうとすると、第１レンズ群の有効径が極端に大きくなり、レンズ鏡筒全体が大型化してくる。また全系の小型化を図りつつ、広画角化を図るため各レンズ群の屈折力を強くすると諸収差の発生が多くなり、これらを良好に補正することが困難となる。
前述した５群ズームレンズは、広画角化でレンズ系全体の小型化を図りつつ、良好な光学性能を得るのが容易なズームタイプである。しかしながら、これらの特徴を得るには、例えば各レンズ群の屈折力や各レンズ群のズーミングに伴う移動条件等を適切に設定することが重要となる。特に全系の小型化を図るには、ズーミングの際の開口絞りの移動条件を適切に設定することが重要となる。この開口絞りの移動条件を適切に設定しないと前玉有効径の小型化を図り、かつ広画角で、全ズーム範囲で高い光学性能を得るのが大変困難になってくる。
本発明は、広画角で前玉有効径が小さい小型のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群は不動であり、前記第２、第３、第４レンズ群は互いに異なる軌跡で移動するズームレンズであって、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記開口絞りは物体側に凸状の軌跡を描いて各レンズ群とは異なる軌跡で移動し、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記開口絞りが最も物体側に位置するズーム位置における前記開口絞りと前記第３レンズ群の間隔をＤＳ３とするとき、
１．０＜ＤＳ３／ｆ３＜２．０
なる条件式を満たすことを特徴としている。
本発明によれば、広画角で前玉有効径が小さい小型のズームレンズが得られる。
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例５の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 本発明の実施例１における防振動作のときの収差図 本発明の実施例１における防振動作のときの収差図 本発明の撮像装置の要部概略図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成されている。
ズーミングに際しては第１レンズ群が固定であり、第２レンズ群乃至第４レンズ群と開口絞りが移動する。このとき、開口絞りは物体側に凸状の軌跡を描いて移動する。第１レンズ群の物体側又は第５レンズ群の像側の少なくとも一方に屈折力のあるレンズ群が配置される場合もある。
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比１０．００、開口比（Ｆナンバー）１．８５〜３．００、撮影画角７８．３４°〜１０．９６°のズームレンズである。
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比１５．００、開口比（Ｆナンバー）１．８５〜３．００、撮影画角７１．８２°〜６５°のズームレンズである。
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比１０．００、開口比（Ｆナンバー）１．８５〜３．００、撮影画角７０．４８°〜９．５°のズームレンズである。
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比１０．０５、開口比（Ｆナンバー）１．８５〜３．００、撮影画角６７．６２°〜８．９６°のズームレンズである。
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ本発明の実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例５はズーム比１０．０１、開口比（Ｆナンバー）１．８５〜３．００、撮影画角７８．４８°〜１０．９６°のズームレンズである。
図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ実施例１において第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群を各々防振動作させたときの望遠端における横収差図である。図１２は実施例１において第３レンズ群の第２、第３レンズを一体的に防振動作させたときの横収差図である。
図１３は本発明の撮像装置の要部概略図である。本発明のズームレンズは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置や望遠鏡、双眼鏡の観察装置、複写機、プロジェクター等の光学機器に用いられるものである。レンズ断面図において左方が前方（物体側、拡大側）で右方が後方（像側、縮小側）である。レンズ断面図において、ｉは物体側から像側への各レンズ群の順序を示し、Ｂｉは第ｉレンズ群である。
次に各実施例のズームレンズについて説明する。各実施例のレンズ断面図において、Ｂ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｂ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｂ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｂ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｂ５は正の屈折力の第５レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）であり、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３との間に位置している。
Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。又、銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれている。
球面収差図において、実線はｄ線、２点鎖線はｇ線である。非点収差図において点線はメリディオナル像面、実線はサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍レンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように、第２レンズ群Ｂ２を像側に移動させている。また第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４を物体側に凸状の軌跡を描いて移動させている。実施例１〜４では第５レンズ群Ｂ５は不動であるが実施例５では第５レンズ群Ｂ５を物体側へ移動させている。また開口絞りＳＰを物体側に凸状の軌跡を描いて独立に移動させている。
また、第４レンズ群Ｂ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第４レンズ群Ｂ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｂ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４間の空間の有効利用を図り、レンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）の短縮化を効果的に達成している。又、望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を後方に繰り込むことで行っている。尚、第１レンズ群Ｂ１はズーミングの為には光軸方向に固定であるが、収差補正上必要に応じて移動させてもよい。
また第３レンズ群Ｂ３の全部若しくは一部又は第４レンズ群Ｂ４又は第５レンズ群Ｂ５を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させて、結像位置を光軸に対して垂直方向に移動させても良い。即ち防振を行っても良い。
各実施例のズームレンズは広画角を確保し、諸収差を良好に補正するために、物体側から像側へ順に、正、負の屈折力のレンズ群、開口絞り、正、負、正の屈折力のレンズ群を有する構成としている。物体側から像側へ順に、正と負の屈折力のレンズ群を交互に配置し、集光作用と拡散作用を順次組み合わせることで広画角化を図る際に発生する諸収差を容易に補正している。
第２レンズ群Ｂ２を主変倍レンズ群とし、さらに第３レンズ群Ｂ３に適切な変倍分担を行わせることで、明るいＦナンバー（小さなＦナンバー）でありながらズーミングの際の収差変動を良好に補正している。また、第４レンズ群Ｂ４によってズーミングの際の像面変動を補正している。
第１レンズ群Ｂ１をズーミングの際に固定（不動）としたレンズ構成では、第１レンズ群Ｂ１を通過する軸外光線の入射高さがズーム中間域（中間のズーム位置）で最大となり、第１レンズ群Ｂ１の有効径が増大し、全系の小型化が困難となる。そこで、各実施例では開口絞りＳＰをレンズ群とは別に（独立に）物体側に凸状の軌跡を描くように移動させることで、入射瞳を任意に移動させている。そして開口絞りＳＰをズーム中間域で物体側へ移動させることで、ズーム中間域での第１レンズ群Ｂ１を通過する軸外光線の入射高さを低く抑えて、第１レンズ群Ｂ１の有効径を小型にしている。また、開口絞りＳＰを移動させることで、ズーム全域での適切なる画面周辺光量を確保している。
第４レンズ群Ｂ４は、開口絞りＳＰが最も物体側に位置するズーム位置において最も物体側に位置するように物体側に凸状の軌跡を描いて移動するようにしている。これにより入射瞳を、より物体側へ近づけることによって第１レンズ群Ｂ１の有効径の小型化を図っている。
そして各実施例では、次の条件式のうち１以上を満足するようにして各条件式に相当する効果を得ている。
開口絞りＳＰが最も物体側に位置するズーム位置における開口絞りＳＰと第３レンズ群Ｂ３の間隔をＤＳ３とする。第２、第３レンズ群Ｂ２、Ｂ３の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３とする。広角端と望遠端における全系の焦点距離をｆｗ、ｆｔとする。広角端と望遠端における第２レンズ群Ｂ２の横倍率を各々β２Ｗ、β２Ｔとする。広角端と望遠端における第３レンズ群Ｂ３の横倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとする。第４レンズ群Ｂ４に含まれる１つの負レンズの材料の分散値をνｄ４とする。
このとき、
１．０＜ＤＳ３／ｆ３＜２．０ ・・・（１）
−２．５０＜ｆ３／ｆ２＜−１．５０ ・・・（２）
−１．００＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．５０ ・・・（３）
０．３＜（β２Ｔ／β２Ｗ）／（β３Ｔ／β３Ｗ）＜３．０ ・・・（４）
１．５＜β３Ｔ／β３Ｗ＜４．５ ・・・（５）
５０＜νｄ４＜９０ ・・・（６）
なる条件式のうち１以上を満たすのが良い。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（１）は、ズーミングに際しての開口絞りＳＰの移動量と第３レンズ群Ｂ３の屈折力を適切に定めるものである。条件式（１）の上限値を超えた場合、開口絞りＳＰが物体側へ近づくことになり、前玉有効径は小型化される。しかしながら、第３レンズ群Ｂ３に入射する軸上光線の有効径が増大し、軸外光線の入射高さも高くなり、第３レンズ群Ｂ３の屈折力を強くしなければならなくなる。第３レンズ群Ｂ３の屈折力が強くなると球面収差や像面湾曲が増大し、これらの補正が困難になる。また、条件式（１）の下限を超えた場合、諸収差の補正は容易になるが、開口絞りＳＰの移動による全系の小型化が困難になる。
条件式（２）は、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３の屈折力の比の好ましい数値範囲を定めるものである。主変倍レンズ群である第２レンズ群Ｂ２の焦点距離を小さくすれば、ズーミングの際、少ない移動量でより大きな変倍作用を得ることが容易となり全系の小型化に好ましい。しかしながら、全ズーム範囲にわたり収差補正が困難となる。このため、第３レンズ群Ｂ３との適切な変倍の分担を図る必要がある。条件式（２）の下限を超えた場合、第２レンズ群Ｂ２の屈折力が強まり高い変倍作用を得ることが容易となるが、諸収差の補正が難しくなる。特に広角端において像面湾曲が増大してくるので好ましくない。また、条件式（２）の上限を超えた場合、収差補正は容易になるものの、所望のズーム比を確保するには第２レンズ群Ｂ２のズーミングの際の移動量を増やさねばならず、この結果レンズ系が大型化してくるので良くない。
条件式（３）は、ズーミングにおける第２レンズ群Ｂ２の変倍力と収差補正作用に関する。条件式（３）の下限を下回る場合には、ズーム全域において像面変動、倍率色収差の変動が大きくなり、高い光学性能を維持することが困難となる。また、上限を上回る場合、ズーミングの際に第２レンズ群Ｂ２の移動量が大きくなり全系の小型化が困難となる。
条件式（４）は、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３の変倍負担に関する。条件式（４）の上限を超え第２レンズ群Ｂ２の変倍負担が大きくなると、第２レンズ群Ｂ２において画面周辺光束の全体が屈折面に入射するときの入射角度の広角端と望遠端での差が大きくなりすぎる。この結果ズーミングによる像面湾曲の変化が大きくなり、ズーム全域にわたって像面湾曲を良好に補正することが困難になる。下限を超えた場合、第３レンズ群Ｂ３の変倍負担が大きくなり、第３レンズ群Ｂ３の屈折力を大きくする必要がある。その際、第３レンズ群Ｂ３内の各レンズ面の曲率半径が小さくなり、ズーム全域にわたってコマ収差を補正することが困難になってくる。
条件式（５）は、望遠端における第３レンズ群Ｂ３の横倍率を広角端における第３レンズ群Ｂ３の横倍率で規定したものである。上限を超えた場合、第３レンズ群Ｂ３の変倍作用が大きくなりすぎ、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。第３レンズ群Ｂ３の変倍作用を大きくするためには、第３レンズ群Ｂ３の屈折力を大きくする必要が生じる。第３レンズ群Ｂ３の屈折力を大きくすると、望遠側において第３レンズ群Ｂ３の収差敏感度が大きくなり、製造誤差（レンズの偏芯や倒れ）に対する影響が大きくなり、好ましくない。下限を超えた場合、第３レンズ群Ｂ３の変倍作用が小さくなり、全系の小型化が難しくなる。第３レンズ群Ｂ３の変倍作用が小さくなった分、第２レンズ群Ｂ２で変倍作用を大きくする必要がある。その際、第２レンズ群Ｂ２のパワー（屈折力）を大きくする、または、ズーミングの際の第２レンズ群Ｂ２の移動量を長くするため、光学性能を良好に維持しつつ、全系の小型化を図ることが難しくなる。
条件式（６）は、第４レンズ群Ｂ４に含まれる負レンズの材料の分散を規定したものである。下限を超えて、分散の小さな材料を使用するとズーミングの際の色収差の変動が大きくなり、色消しのため複数のレンズで第４レンズ群Ｂ４を構成しなければならず、全系の小型化が困難になる。上限を超えた場合、現存する材料は分散が大きいほど屈折率が小さいため十分な屈折力を得るためには第４レンズ群Ｂ４のレンズのレンズ面の曲率を小さくしなければならず、この結果コバ部を含めたレンズ全体の体積が増し小型化が困難になる。
各実施例において更に好ましくは条件式（１）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．０＜ＤＳ３／ｆ３＜１．５ ・・・（１ａ）
−１．９５＜ｆ３／ｆ２＜−１．６０ ・・・（２ａ）
−０．８０＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．５５ ・・・（３ａ）
０．５＜（β２Ｔ／β２Ｗ）／（β３Ｔ／β３Ｗ）＜２．７・・・（４ａ）
２．０＜β３Ｔ／β３Ｗ＜４．２ ・・・（５ａ）
６０＜νｄ４＜８５ ・・・（６ａ）
さらに、好ましくは条件式（１ａ）乃至（６ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．１＜ＤＳ３／ｆ３＜１．２ ・・・（１ｂ）
−１．９２＜ｆ３／ｆ２＜−１．７０ ・・・（２ｂ）
−０．７８＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．５９ ・・・（３ｂ）
０．６＜（β２Ｔ／β２Ｗ）／（β３Ｔ／β３Ｗ）＜２．４・・・（４ｂ）
２．５＜β３Ｔ／β３Ｗ＜４．０ ・・・（５ｂ）
６５＜νｄ４＜８２ ・・・（６ｂ）
以上、各実施例によれば、明るいＦナンバーを維持しつつ広画角化を図ると共に、第１レンズ群をズーミングの際に固定としながら前玉有効径の小型化を維持している。そして広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有するズームレンズを実現している。
次に各実施例の具体的な特徴について説明する。各実施例のズームレンズでは、第２レンズ群Ｂ２の屈折力をある程度強めつつ、第３レンズ群Ｂ３と適切な変倍分担を行うことで、広画角でありながら高いズーム比を得ている。さらにズーム中間域において開口絞りが物体側に近づくように移動さることで、第１レンズ群Ｂ１をズーミングの際に固定としつつも前玉有効径を小型にしている。このとき、第４レンズ群Ｂ４を開口絞りが最も物体側に位置するズーム位置において最も物体側に位置するように移動させることで、開口絞りＳＰと共に瞳の位置を物体側により移動させている。これにより前玉有効径を小型にすると共に、第４レンズ群Ｂ４でフォーカシングを行うとき、より少ない移動量でフォーカス動作ができるようにしている。
さらに実施例１乃至４では、第５レンズ群Ｂ５をズーミングの際に固定とすることで移動レンズ群の数を少なくしつつ、広画角かつ高ズーム比を実現している。ズーミングに際して第５レンズ群Ｂ５を固定にすれば、ズーミングの機構が簡略化し、鏡筒機構の小型化が容易になる。実施例５ではズーミングに際して第５レンズ群Ｂ５を移動させることによりズーミングにおける収差変動を抑制している。
また、第４レンズ群Ｂ４は単一レンズ又は２つのレンズで構成し、フォーカス動作を行うことが好ましい。第４レンズ群を２つ以下のレンズ構成とすることで、軽量なフォーカスレンズ機構を構成することが容易になる。その効果として迅速なフォーカス動作を実現することができる、もしくはメカ的な機構を含む全系の小型化が容易になる。第４レンズ群Ｂ４に１つ以上の非球面を設けるのが収差補正上好ましい。
また第５レンズ群Ｂ５に１つ以上の非球面を設けると、像面湾曲の補正が容易になる。また第５レンズ群Ｂ５を正レンズ、負レンズ、正レンズの３つのレンズで構成すると、像面湾曲の補正が容易になる。
近年の撮像装置に用いられるズームレンズには光学系全体が振動（傾動）したときの画像ぶれを補正するぶれ機構が求められ、更にぶれ補正時にも高い光学性能を維持することが要求されている。
各実施例のズームレンズでは、開口絞りＳＰより像面側のいずれかのレンズ群または一部のレンズを光軸に対し垂直又は略垂直に移動させることで、高い光学性能を維持しつつ画像ぶれを補正している。開口絞りＳＰよりも像面側のレンズ群は有効径が小さいため、光軸方向に対し垂直方向又は略垂直方向に移動させる機構を設けることが比較的容易であり、また駆動源が小型になり鏡筒全体が小型になる。
図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例１のズームレンズにおいて、開口絞りＳＰより後方の各レンズ群をそれぞれ光軸に対し垂直に移動させ、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正し防振動作を行ったときの横収差である。図１１（Ａ）では第３レンズ群Ｂ３、図１１（Ｂ）では第４レンズ群Ｂ４、図１１（Ｃ）では第５レンズ群Ｂ５をそれぞれズームレンズが０．３度傾いた状態の画像ブレを補正するよう動作させたときの望遠端におけるｄ線の横収差図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、中央部グラフは軸上、上下のグラフは最大像高を１０割としたきの像高の上側７割、像高の下側７割を示している。
また同様に、図１２には第３レンズ群Ｂ３の一部である第２レンズと第３レンズのみ光軸に対し垂直方向に移動させ、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像の画像ぶれを補正する防振動作を行った時の横収差である。
第３レンズ群Ｂ３は１つ以上の非球面を備え、第３レンズ群Ｂ３の全部または一部を光軸に対し垂直方向又は略垂直方向の成分を持つよう移動させて、画像ブレを補正するのが良い。開口絞りＳＰの近傍にある第３レンズ群Ｂ３で防振を行なうと、画像ブレの補正時に発生する偏芯コマ収差の抑制が容易になる。
また、前玉有効径の小型化のため、中間のズーム位置で開口絞りＳＰを物体側へ移動させると、第５レンズ群Ｂ５における軸外光線の入射高さが中間のズーム位置で最大となる。この結果、特に像面湾曲の補正が困難となる。このため各実施例では第５レンズ群Ｂ５は正と負の屈折力のレンズを含む３つのレンズによって構成するのが良く、これによれば収差補正が容易になる。
本発明の撮像装置は、上記のいずれかのズームレンズと、歪曲収差又は倍率色収差の少なくとも一方を電気的に補正する回路とを備えている。
このようにズームレンズの歪曲収差を許容することのできる構成にすれば、ズームレンズのレンズ枚数の削減や小型化がしやすくなる。また、倍率色収差を電気的に補正することにより、撮影画像の色にじみを軽減し、また、解像力の向上を図ることが容易になる。
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルビデオカメラ装置の実施例について図１３を用いて説明する。図１３において、１０はカメラ本体、１１は実施例１〜５で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）である。
本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用しても良く、これによれば小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。
次に本発明の各実施例に対応する数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示す。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径である。ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔である。ｎｄｉとνｄｉは各々物体側より順に第ｉ番目の材料のガラスのｄ線に対する屈折率、アッベ数である。最終の４つの面はガラスブロックである。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０、Ａ１２を各々非球面係数としたとき
Figure 0005804878
なる式で表している。また、［ｅ＋Ｘ］は［×１０＋ｘ］を意味し、［ｅ−Ｘ］は［×１０−ｘ］を意味している。ＢＦはバックフォーカスであり、レンズ最終面から近軸像面までの距離（バックフォーカス）を空気換算したものである。レンズ全長はレンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスＢＦを加えたものである。非球面は面番号の後に＊を付加して示す。開口絞りＳＰとガラスブロックＧは各々１つの群として示している。このため各実施例では７つの群より成っているとしている。前述の各条件式と数値実施例における諸数値の関係を表１に示す。
［数値実施例１］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 79.758 1.50 1.84666 23.9
2 34.961 6.49 1.60311 60.6
3 521.626 0.20
4 37.597 2.89 1.78590 44.2
5 122.714 (可変)
6 -1207.244 0.90 1.80400 46.6
7 8.479 2.82
8 55.316 0.80 1.74330 49.3
9* 27.826 1.08
10 -33.365 0.80 1.78590 44.2
11 18.979 0.30
12 16.922 2.00 1.92286 18.9
13 194.905 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 13.179 3.50 1.58313 59.4
16* -54.730 5.09
17 16.545 0.50 1.92286 18.9
18 9.184 1.78
19 12.635 2.44 1.69680 55.5
20 -24.112 (可変)
21* -33.013 0.50 1.55332 71.7
22* 8.603 (可変)
23 17.584 1.26 1.59282 68.6
24 128.726 0.30
25 15.779 0.50 1.92286 18.9
26 10.034 2.95 1.71300 53.9
27 -43.610 2.5
28 ∞ 1.86 1.51633 64.1
29 ∞ 1.15
30 ∞ 0.50 1.49000 70.0
31 ∞ 0.41
像面 ∞

非球面データ
第９面
K =-4.19600e+000 A 4=-3.07099e-005 A 6=-1.64983e-007 A 8=-1.60130e-010 A10=-1.43564e-010 A12=-8.16851e-013

第15面
K =-2.78370e+000 A 4= 1.53070e-004 A 6=-5.58131e-007 A 8= 2.17830e-008 A10= 1.04301e-010 A12=-8.89442e-012

第16面
K = 3.65082e+000 A 4= 1.23693e-004 A 6= 1.41102e-007 A 8= 9.29048e-009 A10=-6.61251e-011 A12=-2.44948e-012

第21面
K =-8.53440e+001 A 4=-4.18488e-005 A 6= 2.38040e-006 A 8=-2.37763e-007 A10=-2.80011e-009 A12= 5.18450e-010

第22面
K =-9.95357e-001 A 4= 4.23761e-004 A 6=-6.51217e-006 A 8=-1.54756e-007 A10= 8.71311e-009 A12= 3.65323e-010

各種データ
ズーム比 10.00
広角 中間 望遠
焦点距離 3.13 4.74 31.29
Fナンバー 1.85 2.14 3.00
半画角 39.17 32.35 5.48
像高 2.55 3.00 3.00
レンズ全長 92.02 92.02 92.02
BF 5.62 5.62 5.62

d 5 0.76 5.35 28.69
d13 32.17 16.65 1.24
d14 9.79 16.12 1.81
d20 1.92 2.37 13.32
d22 3.17 7.33 2.75

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 58.94
2 6 -7.58
3 14 ∞
4 15 13.83
5 21 -12.28
6 23 12.58
7 28 ∞
［数値実施例２］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 99.548 1.50 1.84666 23.9
2 36.432 6.10 1.48749 70.2
3 -175.366 0.20
4 36.404 2.57 1.80610 40.9
5 185.348 (可変)
6 -233.002 0.80 1.78590 44.2
7 8.863 2.54
8 876.540 0.80 1.67790 54.9
9 31.032 0.99
10 -33.656 0.80 1.91082 35.3
11 25.020 0.65
12 20.244 2.50 1.92286 18.9
13 -108.693 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 14.040 3.50 1.58313 59.4
16* -64.118 4.82
17 15.630 0.50 1.84666 23.9
18 8.769 1.56
19 11.040 3.29 1.49700 81.5
20 -18.870 (可変)
21* -35.707 0.50 1.55332 71.7
22* 11.422 (可変)
23 15.656 1.26 1.80610 40.9
24 34.374 0.30
25 16.445 0.50 1.92286 18.9
26 9.283 3.16 1.77250 49.6
27 -86.220 2.5
28 ∞ 1.86 1.51633 64.1
29 ∞ 1.15
30 ∞ 0.50 1.49000 70.0
31 ∞
像面 ∞

非球面データ
第15面
K =-2.52489e+000 A 4= 1.11050e-004 A 6=-5.85518e-007 A 8=-3.48407e-010 A10= 5.83176e-010 A12=-1.76288e-011

第16面
K = 1.94866e+001 A 4= 9.53994e-005 A 6=-4.42774e-007 A 8= 2.45623e-009 A10= 3.74441e-010 A12=-1.80682e-011

第21面
K =-1.07625e+002 A 4=-3.48120e-005 A 6= 2.53015e-006 A 8=-1.62544e-007 A10= 1.45384e-009 A12= 7.34982e-011

第22面
K =-9.76155e-001 A 4= 3.43648e-004 A 6=-6.88164e-006 A 8=-1.76249e-007 A10= 2.26820e-008 A12=-5.29724e-010

各種データ
ズーム比 15.00
広角 中間 望遠
焦点距離 3.52 5.41 52.81
Fナンバー 1.85 2.15 3.00
半画角 35.91 29.00 3.25
像高 2.55 3.00 3.00
レンズ全長 96.57 96.57 96.57
BF 5.70 5.70 5.70

d 5 0.85 5.75 34.22
d13 33.44 15.78 0.85
d14 9.67 17.67 2.90
d20 2.39 3.01 10.45
d22 5.69 9.82 3.62

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 51.56
2 6 -8.18
3 14 ∞
4 15 15.59
5 21 -15.58
6 23 13.39
7 28 ∞
［数値実施例３］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 78.555 1.30 1.84666 23.9
2 33.127 3.97 1.60311 60.6
3 864.626 0.20
4 35.921 2.19 1.78590 44.2
5 147.818 (可変)
6 -295.531 0.90 1.80400 46.6
7 8.820 2.48
8 9050.814 0.80 1.74330 49.3
9* 33.540 0.96
10 -32.800 0.80 1.78590 44.2
11 24.194 0.30
12 18.250 2.00 1.92286 18.9
13 1135.692 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 13.408 3.50 1.58313 59.4
16* -48.950 5.17
17 17.111 0.50 1.92286 18.9
18 9.232 1.77
19 12.555 2.67 1.69680 55.5
20 -24.731 (可変)
21* -32.230 0.50 1.55332 71.7
22* 8.633 (可変)
23 17.149 1.23 1.59282 68.6
24 50.620 0.30
25 14.876 0.50 1.92286 18.9
26 10.549 3.18 1.71300 53.9
27 -42.941 2.5
28 ∞ 1.86 1.51633 64.1
29 ∞ 1.15
30 ∞ 0.50 1.49000 70.0
31 ∞
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 5.19745e+000 A 4=-1.69877e-005 A 6=-1.56832e-007 A 8= 4.40738e-009 A10= 4.05901e-011 A12=-5.49959e-012

第15面
K =-2.79055e+000 A 4= 1.43738e-004 A 6=-5.73538e-007 A 8= 1.73006e-008 A10= 3.29884e-010 A12=-8.73823e-012

第16面
K = 1.06630e+001 A 4= 1.24317e-004 A 6= 2.37561e-009 A 8= 1.32997e-008 A10= 5.37854e-011 A12=-2.69072e-012

第21面
K =-7.67703e+001 A 4=-4.74362e-005 A 6= 2.42022e-006 A 8=-2.36262e-007 A10=-3.14022e-010 A12= 3.86101e-010

第22面
K =-1.32884e+000 A 4= 4.51903e-004 A 6=-6.29530e-006 A 8= 3.86323e-008 A10=-7.11289e-009 A12= 6.56260e-010

各種データ
ズーム比 10.00
広角 中間 望遠
焦点距離 3.61 5.76 36.10
Fナンバー 1.85 2.15 3.00
半画角 35.24 27.51 4.75
像高 2.55 3.00 3.00
レンズ全長 86.79 86.79 86.79
BF 5.64 5.64 5.64

d 5 0.80 5.53 28.44
d13 32.55 13.66 2.03
d14 6.59 15.64 1.43
d20 2.07 2.73 11.25
d22 3.90 8.37 2.78

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 51.98
2 6 -7.85
3 14 ∞
4 15 14.01
5 21 -12.25
6 23 12.82
7 28 ∞
［数値実施例４］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 77.536 1.35 1.84666 23.9
2 32.621 3.62 1.60311 60.6
3 1290.339 0.20
4 36.658 2.10 1.78590 44.2
5 177.068 (可変)
6 -143.303 0.80 1.80400 46.6
7 8.839 2.38
8 108.040 0.80 1.74330 49.3
9* 37.608 0.88
10 -32.093 0.80 1.78590 44.2
11 22.278 0.30
12 17.524 2.00 1.92286 18.9
13 544.904 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 13.451 3.50 1.58313 59.4
16* -49.421 5.00
17 17.561 0.50 1.92286 18.9
18 9.267 1.70
19 12.461 3.05 1.69680 55.5
20 -25.346 (可変)
21* -30.683 0.50 1.49710 81.6
22* 8.064 (可変)
23 12.939 1.96 1.59282 68.6
24 27.826 0.30
25 14.737 0.50 1.92286 18.9
26 10.816 3.34 1.71300 53.9
27 -73.078 2.5
28 ∞ 1.80 1.51633 64.1
29 ∞ 1.15
30 ∞ 0.50 1.49000 70.0
31 ∞
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 2.28601e+000 A 4=-1.60347e-005 A 6=-4.64408e-007 A 8= 1.79360e-009 A10= 8.46414e-010 A12=-2.52085e-011

第15面
K =-2.83472e+000 A 4= 1.39577e-004 A 6=-6.52837e-007 A 8= 1.35223e-008 A10= 3.01510e-010 A12=-8.14831e-012

第16面
K = 1.30301e+001 A 4= 1.16253e-004 A 6=-3.89895e-008 A 8= 7.16707e-009 A10= 1.52131e-010 A12=-5.13919e-012

第21面
K =-7.21756e+001 A 4=-6.34113e-005 A 6= 2.65734e-006 A 8=-1.74076e-007 A10= 4.69901e-009 A12=-6.72136e-012

第22面
K =-1.14288e+000 A 4= 4.26732e-004 A 6=-7.34654e-006 A 8= 1.38914e-007 A10= 7.32179e-009 A12=-2.73456e-010

各種データ
ズーム比 10.05
広角 中間 望遠
焦点距離 3.81 6.00 38.28
Fナンバー 1.85 2.15 3.00
半画角 33.81 26.58 4.48
像高 2.55 3.00 3.00
レンズ全長 87.75 87.75 87.75
BF 5.69 5.69 5.69

d 5 0.82 5.08 28.68
d13 33.64 13.81 2.08
d14 5.99 15.98 2.57
d20 1.53 2.17 8.70
d22 4.51 9.44 4.46

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 50.26
2 6 -8.22
3 14 ∞
4 15 14.12
5 21 -12.79
6 23 13.47
7 28 ∞
［数値実施例５］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 80.016 1.50 1.84666 23.9
2 34.961 6.24 1.60311 60.6
3 507.300 0.20
4 37.589 2.74 1.78590 44.2
5 122.368 (可変)
6 -1239.300 0.90 1.80400 46.6
7 8.462 2.82
8 55.043 0.80 1.74330 49.3
9* 27.169 1.07
10 -34.090 0.80 1.78590 44.2
11 19.129 0.30
12 17.181 2.00 1.92286 18.9
13 250.279 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 13.137 3.50 1.58313 59.4
16* -54.509 4.99
17 16.547 0.50 1.92286 18.9
18 9.181 1.78
19 12.632 2.46 1.69680 55.5
20 -24.098 (可変)
21* -33.872 0.50 1.55332 71.7
22* 8.608 (可変)
23 18.028 1.32 1.59282 68.6
24 140.663 0.30
25 15.817 0.50 1.92286 18.9
26 10.106 2.92 1.71300 53.9
27 -44.976 (可変)
28 ∞ 1.86 1.51633 64.1
29 ∞ 1.15
30 ∞ 0.50 1.49000 70.0
31 ∞
像面 ∞

非球面データ
第9面
K =-4.11855e+000 A 4=-3.47729e-005 A 6=-1.83132e-007 A 8=-1.19784e-009 A10=-1.23502e-010 A12=-7.91770e-013

第15面
K =-2.78522e+000 A 4= 1.52130e-004 A 6=-5.03131e-007 A 8= 2.02356e-008 A10= 1.38174e-010 A12=-8.87037e-012

第16面
K = 3.35227e+000 A 4= 1.22604e-004 A 6= 1.20989e-007 A 8= 1.11080e-008 A10=-7.63185e-011 A12=-2.55794e-012

第21面
K =-8.54682e+001 A 4=-3.90697e-005 A 6= 1.32877e-006 A 8=-2.37517e-007 A10=-2.37318e-009 A12= 5.18905e-010

第22面
K =-9.95498e-001 A 4= 4.03442e-004 A 6=-6.53274e-006 A 8=-1.90482e-007 A10= 7.91243e-009 A12= 3.70686e-010

各種データ
ズーム比 10.01
広角 中間 望遠
焦点距離 3.12 4.73 31.26
Fナンバー 1.85 2.14 3.00
半画角 39.24 32.38 5.48
像高 2.55 3.00 3.00
レンズ全長 91.56 91.56 91.56
BF 5.64 5.63 5.96

d 5 0.76 5.33 29.25
d13 32.20 16.67 1.71
d14 9.79 16.10 1.21
d20 1.89 2.32 13.00
d22 3.13 7.35 2.28
d27 2.50 2.49 2.82

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 59.22
2 6 -7.62
3 14 ∞
4 15 13.77
5 21 -12.35
6 23 12.72
7 28 ∞
Figure 0005804878
Ｂ１ 第１レンズ群
Ｂ２ 第２レンズ群
Ｂ３ 第３レンズ群
Ｂ４ 第４レンズ群
Ｂ５ 第５レンズ群
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り
ＩＰ 結像面
Ｇ センサのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
球面収差 実線：ｄ線、２点鎖線：ｇ線
非点収差 実線：ｄ線ΔＳ、点線：ｄ線ΔＭ
歪曲 ｄ線
倍率色収差 ２点鎖線：ｇ線
横収差 実線：ｄ線ΔＳ、点線：ｄ線ΔＭ Ｙ：像高比率

Claims (9)

  1. 物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群は不動であり、前記第２、第３、第４レンズ群は互いに異なる軌跡で移動するズームレンズであって、
    広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記開口絞りは物体側に凸状の軌跡を描いて各レンズ群とは異なる軌跡で移動し、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記開口絞りが最も物体側に位置するズーム位置における前記開口絞りと前記第３レンズ群の間隔をＤＳ３とするとき、
    １．０＜ＤＳ３／ｆ３＜２．０
    なる条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第４レンズ群は、前記開口絞りが最も物体側に位置するズーム位置において最も物体側に位置するように、物体側に凸状の軌跡を描いて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. 前記第２、第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３とするとき、
    −２．５０＜ｆ３／ｆ２＜−１．５０
    なる条件式を満たす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。
  4. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
    −１．００＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．５０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  5. 広角端と望遠端における前記第２レンズ群の横倍率を各々β２Ｗ、β２Ｔ、広角端と望遠端における前記第３レンズ群の横倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとするとき、
    ０．３＜（β２Ｔ／β２Ｗ）／（β３Ｔ／β３Ｗ）＜３．０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  6. 広角端と望遠端における前記第３レンズ群の横倍率を各々β３Ｗ、β３Ｔとするとき、
    １．５＜β３Ｔ／β３Ｗ＜４．５
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第４レンズ群に含まれる１つの負レンズの材料の分散値をνｄ４とするとき、
    ５０＜νｄ４＜９０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  8. 前記第５レンズ群は３つのレンズにより構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズと該ズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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