JP6207237B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、放送用カメラ等の撮像素子を用いた撮像装置、或いは銀塩写真フィルムを用いたカメラ等の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デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置は高機能化され、かつ装置全体が小型化されている。これらの装置に用いられるズームレンズは、レンズ全長が短く、高解像力を有することが求められている。また、広角端における焦点距離が短く、広画角のズームレンズが求められている。こうした要求に応えるべく、物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の屈折力を有するレンズ群より構成される、ポジティブリード型の５群ズームレンズが知られている（特許文献１、２）。

特許文献１には、沈胴に適した構成として、全てのレンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズが記載されている。広角端から望遠端へのズーミングに際して、第４レンズ群と第５レンズ群の光軸上の間隔を減少させ、第３レンズ群を移動させてフォーカシングが行われる。

特許文献２には、広角化を実現しつつ高い光学性能を得るために、各レンズ群の屈折力を適切に設定することを目的としたズームレンズが記載されている。

特開昭６３−２６６４１４号公報 特開平９−３０４６９７号公報

一般に撮影光学系の小型化を実現するためには、撮影光学系を構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ群を構成するレンズの枚数を削減すれば良い。しかし、レンズ群の屈折力を強めると、諸収差の補正を十分に行うことができなくなる恐れがある。

特許文献１に記載のズームレンズは、光学性能を向上させるため、各レンズ群を構成するレンズの枚数を増加させている。そのため、鏡筒を沈胴構成にしても収納時のレンズ全長を十分に短縮することはできない。また、広角端における半画角は３１°程度であり、広角化を十分に実現できていない。

特許文献２に記載のズームレンズは、各レンズ群の屈折力を適切に設定することで、広角端における半画角が４１°程度になっている。しかし、第４レンズ群と第５レンズ群の屈折力が弱く、高倍化を十分に達成できておらず、さらに良好な光学特性を得られていない。

また、特許文献１、特許文献２に記載のズームレンズは、第３レンズ群より物体側に開口絞りが配置されている。そのため、第３レンズ群より像側に位置するレンズの外径が大きくなり、鏡筒が大型化してしまう。

本発明は、小型かつ広画角で、全ズーム領域において高い光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態としてのズームレンズは、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、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、広角端に比べて望遠端において第１レンズ群及び第４レンズ群が物体側に位置し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の間に開口絞りを有し、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第４レンズ群の焦点距離をｆ４、第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたとき、
−０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０５
−４．７０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −１．４０
−２．００ ＜ ｆ２／ｆ３ ≦ −０．８５
なる条件式を満足することを特徴とする。
また、本発明の他の実施形態としてのズームレンズは、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、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、広角端に比べて望遠端において第１レンズ群及び第４レンズ群が物体側に位置し、ズーミングに際して第５レンズ群が不動であり、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の間に開口絞りを有し、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第４レンズ群の焦点距離をｆ４、第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたとき、
−０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０５
−４．７０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −１．４０
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、小型かつ広画角で、全ズーム領域において高い光学性能を有するズームレンズが得られる。

実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図 実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図 実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における収差図 実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について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、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レンズ群から構成される。

図１は実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比３．８０、開口比２．８８〜５．９４程度のズームレンズである。図３は実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．７８、開口比２．８８〜５．９４程度のズームレンズである。

図５は実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比３．７９、開口比２．８８〜５．９４程度のズームレンズである。図７は実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比３．７９、開口比２．８８〜５．９４程度のズームレンズである。

図９は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルスチルカメラ、銀塩フィルムカメラ、テレビカメラ等の撮像装置に用いられる撮像レンズ系である。また各実施例のズームレンズは投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系としても用いることができる。レンズ断面図において左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。またレンズ断面図において、ｉを物体側から像側へのレンズ群の順番とするとＬｉは第ｉレンズ群を示す。

各実施例において、ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４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、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は像面である。ビデオカメラやデジタルカメラの撮像光学系としてズームレンズを使用する際には、像面ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサといった固体撮像素子（光電変換素子）に相当する。銀塩フィルムカメラの撮像光学系としてズームレンズを使用する際には、像面ＩＰはフィルム面に相当する。

球面収差図においてＦｎｏはＦナンバーである。また、ｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）を示している。非点収差図においてΔＳはｄ線におけるサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面である。歪曲収差はｄ線について示している。倍率色収差図ではｇ線における倍率色収差を示している。ωは撮像半画角である。なお以下の各実施例において広角端と望遠端はそれぞれ、機構上の制約の下、変倍用のレンズ群が光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときの各ズーム位置をいう。

各実施例では、レンズ断面図中の矢印で示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際してレンズ群が移動する。具体的には、各実施例において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は像側へ凸状の軌跡を描くように、第２レンズ群Ｌ２は像側へ凸状の軌跡を描くように、第３レンズ群Ｌ３は物体側へ単調に、それぞれ移動する。また、第４レンズ群Ｌ４は、第３レンズ群Ｌ３とは異なる軌跡で、物体側へ単調に移動する。

実施例１乃至３では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第５レンズ群Ｌ５は像面ＩＰに対して不動である。実施例４では、第５レンズ群Ｌ５は、物体側に凸状の軌跡を描くように移動する。ここで、第５レンズ群Ｌ５を、像側に凸状の軌跡を描くように移動させて、広角端から望遠端への中間のズーム領域で、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の光軸上の間隔を広くすることもできる。

第１レンズ群Ｌ１を広角端から一旦像側へ移動させることで、広角端近傍での入射瞳距離を短くし、軸外光線の高さを低くすることができるため、前玉径の小型化を実現することができる。第２レンズ群Ｌ２を像側に凸の軌跡で移動させることにより、望遠端付近において第３レンズ群Ｌ３が物体側に移動するスペースを得ることができるため、第３レンズ群Ｌ３の変倍負担を高めることができる。

第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３を、広角端に比べて望遠端において物体側に位置する様に移動させることにより、広角端におけるレンズ全長を増大させることなく、高倍化を実現している。

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第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させることにより、第３レンズ群Ｌ３に変倍分担を持たせている。さらに、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側へ移動させることにより、第２レンズ群Ｌ２に大きな変倍負担を持たせることができる。この結果、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強くすることなく、高ズーム比を実現している。また、ズーミングに際して、第４レンズ群Ｌ４を第３レンズ群Ｌ３とは異なる軌跡で移動させることにより、中間のズーム領域における収差の変動を抑制している。

また、実施例１乃至３では、第５レンズ群Ｌ５が光軸上を移動することにより、フォーカシングが行われる。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、レンズ断面図の矢印５ｃに示すように、第５レンズ群Ｌ５を移動させる。レンズ断面図中の実線５ａと点線５ｂ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、広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。レンズ群を構成するレンズの枚数が少なく、軽量な第５レンズ群Ｌ５をフォーカスレンズ群とすることで、すばやく焦点調節を行うことができる。ここで、広角端から望遠端へのズーミングの際に第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動させることで、第５レンズ群Ｌ５がフォーカシングの際に移動するスペースを確保している。

また、実施例４では、レンズ断面図の矢印４ｃに示すように、第４レンズ群Ｌ４が光軸上を移動することにより、フォーカシングが行われる。レンズ断面図中の実線４ａと点線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、広角端から望遠端へのズーミングに伴う像面変動を補正するための移動軌跡を示している。広角端から望遠端へのズーミングの際に第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動させることで、望遠側で第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間隔は大きく広がる。このスペースをフォーカシングの際に用いることで、より近距離へのフォーカシングが可能となる。

各実施例において、第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることで、像ぶれの補正を行っている。第３レンズ群Ｌ３の近傍に開口絞りＳＰが配置されているため、第３レンズ群Ｌ３のレンズ外径を小さくすることができ、第３レンズ群Ｌ３を軽量化することができる。軽量な第３レンズ群により像ぶれ補正を行うことにより、像ぶれを良好に補正することができる。

また、各実施例では、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間に開口絞りＳＰを配置している。開口絞りＳＰを像面ＩＰに近付けることにより、第３レンズ群Ｌ３のレンズ外径を小さくすることができ、さらに第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５のレンズ外径も小さくすることができる。第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５はフォーカシングに際して移動するため、軽量化を図ることにより、高速なフォーカシングを実現することができる。開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３の中に配置すると、第３レンズ群Ｌ３の大型化につながる。第３レンズ群Ｌ３は、像ぶれ補正を行う際に移動するレンズ群であるため、大型化することにより、像ぶれ補正の精度が低下するため好ましくない。

各実施例において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｌ３と一体となって移動する。これにより、広角側で入射瞳位置をできるだけ物体側に配置することができ、前玉径の小型化を実現することができる。また、開口絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３と異なる軌跡で移動する場合と比較して、メカ構造を簡素にすることができる。なお、ズーミングに際して開口絞りＳＰを固定してもよい。これにより、ズーミングに際して、アクチュエータの駆動トルクを小さくすることができ、消費電力を抑制することができる。

次に各レンズ群の構成に関して説明する。第１レンズ群Ｌ１については、有効レンズ径が大きくなるため、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズ枚数を減らすことが好ましい。各実施例において、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズの接合レンズ、正の屈折力の単レンズから構成される。これにより、球面収差と色収差の発生を抑制することができる。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、像側の面の曲率が大きい負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズの３つのレンズより構成される。これにより、ズーミング時の収差変動を少なくし、特に広角端における歪曲収差の発生を抑制し、望遠端における球面収差を良好に補正することができる。

第３レンズ群Ｌ３は、２枚の正レンズと像面側の面が凹形状の負レンズを含む構成としている。第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を小さくすることにより、第３レンズ群Ｌ３より像側に位置する光学系の長さを短縮している。さらに、第３レンズ群Ｌ３の最も像側に正レンズを配置することにより、第３レンズ群Ｌ３における軸外コマフレアの発生を抑制することができる。また、第３レンズ群Ｌ３に異常分散性を有する硝材を用いたレンズを配置することにより、軸上色収差を良好に補正することができる。

また、第３レンズ群Ｌ３は、非球面形状を有するレンズを含む。これにより、ズーミングに伴い発生する収差変動を良好に補正することができる。さらに、接合レンズを用いることにより、ズーミングに伴う色収差の変動を抑制することができる。さらに、第３レンズ群Ｌ３により像ぶれ補正を行う際に発生する、偏芯による収差の発生を抑制することができる。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側の面が凸形状の負レンズから構成される。第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングに際して移動するレンズ群であるため、構成するレンズの枚数が少なく、軽量であることが求められる。なお、さらなる高倍化を実現するためには、接合レンズや非球面形状を有するレンズを、第４レンズ群Ｌ４に用いてもよい。

第５レンズ群Ｌ５は、１枚の正レンズにより構成される。この正レンズは、分散の小さい硝材からなり、フォーカシングの際に発生する色収差の変動を抑制することができる。なお、第５レンズ群Ｌ５を複数のレンズにより構成しても良い。このとき、接合レンズを用いることで、フォーカシングの際に発生する色収差の変動をより効果的に抑制することができる。

各実施例では、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４、第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ５としたとき、
−０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０５ … （１）
−４．７０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −１．４０ … （２）
なる条件式を満足している。

条件式（１）は、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の屈折力の比を規定したものである。第３レンズ群Ｌ３は、開口絞りＳＰの近傍に位置するため、第３レンズ群Ｌ３の構成は球面収差やコマ収差の発生に大きく影響を及ぼす。また、第３レンズ群Ｌ３は比較的大きな変倍負担を持つため、焦点距離は短くする必要がある。焦点距離を短くすることにより、レンズ全長の短縮につながる。

条件式（１）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなると、高ズーム比を実現するためには、第３レンズ群Ｌ３の移動量を大きくする必要が生じる。その結果、レンズ全長が増大するため好ましくない。条件式（１）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり過ぎる。その結果、第３レンズ群Ｌ３の中で収差を良好に補正するために、レンズの構成枚数を増やす必要が生じ、レンズ全長の増大を招くことになり、好ましくない。また、ズーミングに際してコマ収差の変動が大きくなり、収差を良好に補正することが困難になるため、好ましくない。

条件式（２）は、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の屈折力の比を規定したものである。条件式（２）の下限を超えて、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離が長くなると、フォーカスレンズ群である第５レンズ群Ｌ５の移動に対するピント敏感度が小さくなる。その結果、望遠端近傍におけるフォーカスレンズの繰り出し量が大きくなり、光学系が大型化するため好ましくない。また、フォーカスレンズの繰出し量が大きくなると、物体距離の変化に伴いフォーカスレンズを通過する光線の位置が大きく変化する。その結果、収差変動が大きくなり、少ないレンズ枚数でフォーカス群を構成することが困難になるため好ましくない。

条件式（２）の上限を超えて、第５レンズ群Ｌ５の焦点距離が長くなると、像面に対する、光線の入射角度が大きくなり、画面周辺においてシェーディングが発生するため好ましくない。

各実施例では上記の如く、条件式（１）、（２）を満足するように各要素を適切に設定している。これにより、小型かつ広画角で、全ズーム領域において高い光学性能を有するズームレンズを得ることができる。

なお、各実施例において、好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次のようにするのがよい。
−０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０６ … （１ａ）
−４．５０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −２．００ … （２ａ）

また、更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０８ … （１ｂ）
−４．３０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −２．２０ … （２ｂ）

さらに、各実施例において、次の条件式のうち１つ以上を満足することがより好ましい。ここで、広角端から望遠端へのズーミングにおける、第３レンズ群Ｌ３の移動量をｍ３、第４レンズ群Ｌ４の移動量をｍ４、広角端における開口絞りＳＰと像面ＩＰの光軸上の間隔をＤｓ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。ここでレンズ群の移動量とは、広角端と望遠端における各レンズ群の光軸上での位置の差であり、移動量の符号は広角端に比べて望遠端で像側に位置するときを正とする。開口絞りＳＰと像面ＩＰの間隔は、屈折力を持たない光学ブロックＧの厚さを空気中の厚さに換算することによって定められる。

また、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の光軸上の間隔をＤ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。さらに、第４レンズ群Ｌ４は、１枚の負レンズから成り、この負レンズの物体側と像側の、それぞれの面の曲率半径をｒ１、ｒ２とする。

このとき、
０．８５ ＜ ｍ３／ｍ４ ＜ ３．００ … （３）
１．００ ＜ Ｄｓ／ｆｗ ＜ ２．００ … （４）
０．００３ ＜ Ｄ２／ｆｔ ＜ ０．０３０ … （５）
−１．００ ＜ ｆ１／ｆ４ ＜ −０．３０ … （６）
−２．００ ＜ ｆ２／ｆ３ ≦ −０．８５ … （７）
１．００ ＜ （ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２） ＜ ６．００ … （８）
なる条件式のうち１つ以上を満足するのがよい。

条件式（３）は、ズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の移動量と第４レンズ群Ｌ４の移動量の比を規定したものである。条件式（３）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の移動量が小さくなると、第３レンズ群Ｌ３の変倍負担が小さくなり、高倍化を十分に達成することが困難になるため好ましくない。また、第３レンズ群Ｌ３の変倍負担を保つためには、全ズーム領域で収差を良好に補正しつつ、第３レンズ群Ｌ３の屈折力を強める必要がある。このためには第３レンズ群Ｌ３を構成するレンズの枚数を増やす必要があり、レンズ全長の増大を招くため、好ましくない。

条件式（３）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなると、第２レンズ群Ｌ２と干渉する恐れがあるため好ましくない。

条件式（４）は、広角端における開口絞りＳＰと像面ＩＰの光軸上の間隔Ｄｓと、広角端における全系の焦点距離ｆｗの関係を規定したものである。条件式（４）の下限を超えて、広角端における開口絞りＳＰと像面ＩＰの光軸上の間隔Ｄｓが小さくなると、射出瞳から像面ＩＰまでの距離が短くなり、光線が撮像素子に対して斜めに入射するため好ましくない。

条件式（４）の上限を超えて、広角端における開口絞りＳＰと像面ＩＰの光軸上の間隔Ｄｓが大きくなると、開口絞りＳＰより像側に位置する光学系の光軸上の厚みが増し、レンズ全長の増大を招くため好ましくない。

条件式（５）は、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の光軸上の間隔Ｄ２と、望遠端における全系の焦点距離をｆｔの関係を規定したものである。条件式（５）の下限を超えて、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の光軸上の間隔Ｄ２が小さくなると、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が干渉する恐れが生じるため好ましくない。

条件式（５）の上限を超えて、望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の光軸上の間隔Ｄ２が大きくなると、開口絞りＳＰと第１レンズ群Ｌ１の間隔が大きくなり、前玉径が増大するため好ましくない。また、高倍化を十分に実現することが困難になるため好ましくない。

条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１と第４レンズ群Ｌ４の焦点距離ｆ４の関係を規定したものである。条件式（６）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなり、高ズーム比を実現するためには、第１レンズ群Ｌ１の移動量を増やす必要が生じる。その結果、レンズ全長の増大を招くため好ましくない。

条件式（６）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が短くなると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり、球面収差や像面湾曲等の収差の補正をすることが困難になるため好ましくない。

条件式（７）は、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ２と第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３の関係を規定したものである。条件式（７）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり、コマ収差を良好に補正することが困難になるため好ましくない。条件式（７）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正することが困難になるため好ましくない。

条件式（８）は、第４レンズ群Ｌ４を構成する正レンズの形状を規定したものである。条件式（８）の下限を超えてｒ１に対するｒ２の値が大きくなると、第４レンズ群Ｌ４の屈折力が小さくなり、レンズ全長を十分に短縮することが困難になるため、好ましくない。条件式（８）の上限を超えてｒ１に対するｒ２の値が小さくなると、像面湾曲が大きく発生するため好ましくない。

また、好ましくは条件式（３）〜（８）の数値範囲を次の如く設定すると、各条件式がもたらす効果を最大限に得られる。
０．９０ ＜ ｍ３／ｍ４ ＜ ２．４０ … （３ａ）
１．４０ ＜ Ｄｓ／ｆｗ ＜ １．８０ … （４ａ）
０．００４ ＜ Ｄ２／ｆｔ ＜ ０．０１４ … （５ａ）
−０．８０ ＜ ｆ１／ｆ４ ＜ −０．３５ … （６ａ）
−１．２０ ＜ ｆ２／ｆ３ ≦ −０．８５ … （７ａ）
１．２０ ＜ （ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２） ＜ ３．００ … （８ａ）

なお、さらに好ましくは条件式（３）〜（８）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。
０．９０ ＜ ｍ３／ｍ４ ＜ ２．１０ … （３ｂ）
１．５０ ＜ Ｄｓ／ｆｗ ＜ １．７５ … （４ｂ）
０．００５ ＜ Ｄ２／ｆｔ ＜ ０．０１３ … （５ｂ）
−０．７５ ＜ ｆ１／ｆ４ ＜ −０．３５ … （６ｂ）
−１．００ ＜ ｆ２／ｆ３ ≦ −０．８５ … （７ｂ）
１．３０ ＜ （ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２） ＜ ２．４０ … （８ｂ）

次に、本発明の実施例１〜４にそれぞれ対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

またｋを離心率、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２］^１／２］＋Ａ４ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。また「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^−Ｚ」を意味する。数値実施例において最も像側の２つの面は、フィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。

各実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）は、レンズ系の最も像側の面から近軸像面までの距離を、空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側の面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。

なお、広角端における有効像円径（イメージサークルの直径）を、望遠端における有効像円径に比べて小さくすることができる。これは、画像処理において画像を引き伸ばすことで、広角側において発生しやすい樽型の歪曲収差を補正できるためである。

［数値実施例１］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 263.612 1.70 1.84666 23.8
2 70.974 2.75 1.77250 49.6
3 -267.047 0.15
4 52.707 2.50 1.77250 49.6
5 139.150 (可変)
6* 530.750 1.30 1.84954 40.1
7* 14.465 5.19
8 -48.164 0.90 1.69680 55.5
9 69.152 0.05
10 23.830 2.20 1.94595 18.0
11 61.809 (可変)
12* 14.970 2.60 1.84954 40.1
13* 203.626 0.15
14 11.935 3.60 1.77250 49.6
15 -109.058 0.50 1.80518 25.5
16 7.559 1.40
17 -368.270 1.90 1.59282 68.6
18 -27.856 1.07
19(絞り) ∞ (可変)
20 253.699 1.00 1.48749 70.2
21 40.839 (可変)
22 44.448 4.40 1.58313 59.4
23* -50.398 5.41
24 ∞ 3.25 1.51633 64.1
25 ∞ 1.60

非球面データ
第6面
K = 1.27541e+003 A 4=-1.21146e-005 A 6= 2.09879e-008
第7面
K = 2.72094e-001 A 4=-1.50920e-005 A 6=-1.72761e-008 A 8=-7.65348e-010 A10= 3.43668e-012
第12面
K =-1.87364e-001 A 4=-1.40714e-005 A 6=-1.54121e-007 A 8= 2.97245e-009 A10=-3.21702e-011
第13面
K =-7.71368e+000 A 4= 9.63935e-006 A 6=-3.34010e-008
第23面
K = 7.25545e+000 A 4=-9.71433e-007 A 6=-5.94516e-008 A 8= 4.26792e-010 A10=-2.77885e-013

各種データ
ズーム比 3.80
広角 中間 望遠
焦点距離 15.72 30.62 59.66
Fナンバー 2.88 4.58 5.94
半画角 33.33 20.70 11.14
像高 10.34 11.57 11.75
レンズ全長 72.64 76.21 91.87
BF 9.15 9.15 9.15

d 5 0.92 6.18 16.75
d11 19.17 7.19 0.39
d19 3.00 9.14 12.22
d21 7.05 11.20 20.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 70.23
2 6 -17.48
3 12 18.95
4 20 -100.00
5 22 41.21

［数値実施例２］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 177.342 1.50 1.84666 23.8
2 64.101 3.20 1.77250 49.6
3 -219.495 0.15
4 53.069 2.00 1.77250 49.6
5 100.157 (可変)
6* 532.609 1.30 1.84954 40.1
7* 14.665 5.19
8 -48.415 0.90 1.69680 55.5
9 73.520 0.05
10 24.188 2.20 1.94595 18.0
11 61.851 (可変)
12* 14.684 2.60 1.84954 40.1
13* 161.498 0.15
14 12.163 3.60 1.77250 49.6
15 -125.154 0.50 1.80518 25.5
16 7.605 1.40
17 -158.040 1.90 1.59282 68.6
18 -27.817 1.07
19(絞り) ∞ (可変)
20 148.780 1.00 1.49700 81.5
21 59.456 (可変)
22 55.244 4.40 1.58313 59.4
23* -53.985 5.41
24 ∞ 3.25 1.51633 64.1
25 ∞ 1.60

非球面データ
第6面
K = 1.02519e+003 A 4=-1.22891e-005 A 6= 2.00040e-008

第7面
K = 2.05527e-001 A 4=-1.24327e-005 A 6= 6.14994e-009 A 8=-7.65348e-010 A10= 3.43668e-012
第12面
K =-2.42140e-001 A 4=-1.25215e-005 A 6=-1.91270e-007 A 8= 2.97245e-009 A10=-3.21702e-011
第13面
K = 6.19400e+000 A 4= 8.36728e-006 A 6=-8.18305e-008
第23面
K = 6.64427e+000 A 4=-2.63987e-006 A 6=-5.88773e-008 A 8= 4.01045e-010 A10=-5.34209e-013

各種データ
ズーム比 3.78
広角 中間 望遠
焦点距離 15.64 30.69 59.17
Fナンバー 2.88 4.58 5.94
半画角 33.48 20.66 11.23
像高 10.34 11.57 11.75
レンズ全長 73.35 76.98 92.02
BF 9.15 9.15 9.15

d 5 1.00 7.14 16.19
d11 20.06 7.55 0.46
d19 3.00 11.78 14.62
d21 7.03 8.27 18.50

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 71.14
2 6 -17.77
3 12 19.67
4 20 -200.00
5 22 47.53

［数値実施例３］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 374.925 1.60 1.84666 23.8
2 71.409 3.00 1.77250 49.6
3 -178.916 0.15
4 53.027 2.10 1.77250 49.6
5 177.126 (可変)
6* 722.547 1.20 1.84954 40.1
7* 14.421 5.19
8 -46.661 0.90 1.69680 55.5
9 60.562 0.05
10 23.544 2.20 1.94595 18.0
11 61.789 (可変)
12* 15.008 2.60 1.84954 40.1
13* 178.306 0.15
14 11.824 3.60 1.77250 49.6
15 -131.462 0.50 1.80518 25.5
16 7.581 1.40
17 -895.568 1.90 1.59282 68.6
18 -27.849 0.50
19(絞り) ∞ (可変)
20 105.244 1.00 1.48749 70.2
21 36.995 (可変)
22 48.048 4.40 1.58313 59.4
23* -51.813 5.41
24 ∞ 2.00 1.51633 64.1
25 ∞ 1.47

非球面データ
第6面
K =-4.89239e+002 A 4=-1.53130e-005 A 6= 3.46220e-008

第7面
K = 2.07087e-001 A 4=-1.57112e-005 A 6= 9.99238e-010 A 8=-7.65348e-010 A10= 3.43668e-012
第12面
K =-2.54573e-001 A 4=-1.05850e-005 A 6=-1.77887e-007 A 8= 2.97245e-009 A10=-3.21702e-011
第13面
K =-3.81566e+001 A 4= 1.27520e-005 A 6=-9.92109e-008
第23面
K = 7.58228e+000 A 4= 6.27357e-007 A 6=-6.49761e-008 A 8= 4.33596e-010 A10=-3.53675e-013

各種データ
ズーム比 3.79
広角 中間 望遠
焦点距離 15.71 30.75 59.60
Fナンバー 2.88 4.58 5.94
半画角 33.36 20.62 11.15
像高 10.34 11.57 11.75
レンズ全長 72.19 76.59 90.75
BF 8.19 8.19 8.19

d 5 0.95 8.25 15.83
d11 18.96 7.52 0.64
d19 3.00 8.51 7.48
d21 8.66 11.69 26.18

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 63.36
2 6 -16.74
3 12 18.73
4 20 -117.59
5 22 43.46

［数値実施例４］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 873.659 1.60 1.84666 23.8
2 77.085 3.20 1.77250 49.6
3 -252.125 0.15
4 42.774 2.60 1.77250 49.6
5 336.626 (可変)
6* 695.535 1.00 1.84954 40.1
7* 14.574 5.19
8 -50.148 0.90 1.77250 49.6
9 55.935 0.05
10 22.686 2.20 1.94595 18.0
11 59.847 (可変)
12* 14.784 2.60 1.84954 40.1
13* 152.273 0.15
14 11.369 3.00 1.77250 49.6
15 559.351 0.50 1.80518 25.5
16 7.560 1.40
17 -88.411 1.60 1.59282 68.6
18 -22.901 0.50
19(絞り) ∞ (可変)
20 148.780 1.00 1.48749 70.2
21 40.000 (可変)
22 57.121 4.20 1.58313 59.4
23* -57.954 (可変)
24 ∞ 2.00 1.51633 64.1
25 ∞ 3.30

非球面データ
第6面
K = 1.80168e+003 A 4=-5.71978e-006 A 6= 7.37245e-009

第7面
K = 3.71410e-001 A 4=-8.69883e-006 A 6= 4.82945e-008 A 8=-7.65348e-010 A10= 3.43668e-012
第12面
K =-3.77668e-001 A 4=-5.06182e-006 A 6=-2.21249e-007 A 8= 2.97245e-009 A10=-3.21702e-011
第13面
K = 1.36114e+002 A 4= 9.52596e-006 A 6=-1.88072e-007
第23面
K = 9.99036e+000 A 4= 1.61319e-006 A 6=-1.03491e-007 A 8= 7.00183e-010 A10=-1.03764e-012

各種データ
ズーム比 3.79
広角 中間 望遠
焦点距離 15.76 30.45 59.75
Fナンバー 2.88 4.58 5.94
半画角 33.28 20.81 11.13
像高 10.34 11.57 11.75
レンズ全長 73.51 75.37 88.44
BF 10.02 10.48 10.02

d 5 0.95 6.84 13.35
d11 20.37 8.19 0.70
d19 3.41 7.05 2.48
d21 6.93 10.97 30.06
d23 5.41 5.87 5.41

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 52.95
2 6 -16.27
3 12 19.12
4 20 -112.56
5 22 50.00

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スチルカメラの実施例について図９を用いて説明する。図９において、９０はカメラ本体、９１は実施例１〜４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。９２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系９１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。９３は固体撮像素子９２によって光電変換された被写体像に対応する画像の情報を記録するメモリである。９４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子９２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。このように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することにより、小型かつ広画角で、全ズーム領域において高い光学性能を有する撮像装置が得られる。

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ５ 第５レンズ群
ＳＰ 開口絞り
Ｇ 光学フィルター
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
ω 半画角
Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (11)

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、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、広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群及び前記第４レンズ群が物体側に位置し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
   前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間に開口絞りを有し、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたとき、
   −０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０５
   −４．７０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −１．４０
   −２．００ ＜ ｆ２／ｆ３ ≦ −０．８５
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 広角端に比べて望遠端において、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ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の移動量をｍ３、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第４レンズ群の移動量をｍ４としたとき、
   ０．８５ ＜ ｍ３／ｍ４ ＜ ３．００
   なる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。
4. 広角端における前記開口絞りと像面の光軸上の間隔をＤｓ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
   １．００ ＜ Ｄｓ／ｆｗ ＜ ２．００
   なる条件式を満足する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. 望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の光軸上の間隔をＤ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
   ０．００３ ＜ Ｄ２／ｆｔ ＜ ０．０３０
   なる条件式を満足する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. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
   −１．００ ＜ ｆ１／ｆ４ ＜ −０．３０
   なる条件式を満足する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. 広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第５レンズ群が不動である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４レンズ群は、１枚の負レンズから成り、該負レンズの物体側と像側のそれぞれの面の曲率半径をｒ１、ｒ２としたとき、
   １．００ ＜ （ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２） ＜ ６．００
   なる条件式を満足す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. 広角端での有効像円径が望遠端での有効像円径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 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、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、広角端に比べて望遠端において前記第１レンズ群及び前記第４レンズ群が物体側に位置し、ズーミングに際して前記第５レンズ群が不動であり、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
    前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間に開口絞りを有し、
    前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたとき、
    −０．２０ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ −０．０５
    −４．７０ ＜ ｆ４／ｆ５ ＜ −１．４０
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
11. 請求項１乃至１０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る像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

Images