JP7144383B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本開示の技術は、ズームレンズ、および撮像装置に関する。

従来、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、およびデジタルカメラ等に使用可能なレンズ系として、変倍の際に相互間隔が変化する複数のレンズ群からなるズームレンズが提案されている。

例えば、下記特許文献１には、物体側から像側へ順に、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して像側へ移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際して移動するレンズ群、開口絞り、およびズーミングのためには不動のレンズ群から構成されるズームレンズが記載されている。

下記特許文献２には、物体側から像側へ順に、ズーミングのためには移動せず、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際して移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第４レンズ群、および正の屈折力の第５レンズ群からなるズームレンズが記載されている。

下記特許文献３には、物体側から像側へ順に、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、正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レンズ群から実質的になり、変倍の際に、第１レンズ群と第５レンズ群が固定され、第２レンズ群、第３レンズ群、および第４レンズ群が互いに間隔を変化させるように移動するズームレンズが記載されている。

下記特許文献４には、物体側から像側へ順に、変倍のためには不動で合焦機能を有する正の屈折力の第１レンズ群、変倍に際して単調に像側へ移動する負の屈折力の第２レンズ群、変倍に際して非直線的に像側へ移動する正の屈折力の第３レンズ群、変倍に伴う像面変動を補正するために物体側へ非直線的に移動する正の屈折力の第４レンズ群、および変倍のためには不動の正の屈折力の第５レンズ群を有するズームレンズが記載されている。

特開２０１７－２１５４０６号公報 特開２０１６－１５１７３２号公報 特開２０１６－０１２１１８号公報 特開２０１４－１４２４５１号公報

本開示の技術に係る一つの実施形態は、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本開示の技術の一態様に係るズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とからなる５つのレンズ群のみをレンズ群として備え、変倍の際に、第１レンズ群および第５レンズ群は像面に対して固定されており、第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動し、第２レンズ群は最も物体側に負レンズを備え、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第２レンズ群の最も物体側の負レンズの焦点距離をｆ２１とした場合、下記条件式（１）を満足する。
０．６＜ｆ２／ｆ２１＜０．９ （１）

上記態様のズームレンズは、さらに下記条件式（１－１）を満足することが好ましい。
０．６８＜ｆ２／ｆ２１＜０．８ （１－１）

第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、第２レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をν２ｐとした場合、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。
７０＜ν２ｐ＜１１０ （２）
８０＜ν２ｐ＜１００ （２－１）

望遠端での第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端での第２レンズ群の横倍率をβ２ｗとした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３－１）を満足することがより好ましい。
１０＜β２ｔ／β２ｗ＜２５ （３）
１５＜β２ｔ／β２ｗ＜２０ （３－１）

第２レンズ群の最も物体側の負レンズの像側の面は、広角端での最大画角の主光線と面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する非球面形状であることが好ましい。

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とした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４－１）を満足することがより好ましい。
０．４＜ｆ４／ｆ３＜１ （４）
０．４５＜ｆ４／ｆ３＜０．６５ （４－１）

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第３４合成レンズ群と、第２レンズ群とは、それぞれの横倍率が－１倍の点を同時に通り、第４レンズ群は物体側へ移動することが好ましい。また、第３４合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置よりも広角側において第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が最大になることが好ましい。さらに、第３レンズ群と第４レンズ群との光軸上の間隔の最大値をＤ３４ｍａｘ、広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との光軸上の間隔をＤ３４ｗ、広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ３４ｗとした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５－１）を満足することがより好ましい。
０．３５＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４５ （５）
０．３８＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４１ （５－１）

望遠端での第３レンズ群と第４レンズ群との合成横倍率をβ３４ｔ、広角端での第３レンズ群と第４レンズ群との合成横倍率をβ３４ｗとした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
４＜β３４ｔ／β３４ｗ＜８ （６）
５＜β３４ｔ／β３４ｗ＜７．５ （６－１）

第４レンズ群と第５レンズ群との間に絞りが配置され、第５レンズ群は最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振レンズ群を備えることが好ましい。その場合、防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなることが好ましい。また、防振レンズ群は負の屈折力を有し、広角端でのズームレンズの焦点距離をｆｗ、防振レンズ群の焦点距離をｆｏｉｓとした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましく、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
－０．２＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜０ （７）
－０．１５＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜－０．０５ （７－１）

本開示の技術の別の態様に係る撮像装置は、本開示の上記態様のズームレンズを備えている。

なお、本明細書の「～からなり」、「～からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

なお、本明細書の「正の屈折力を有する～群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に「負の屈折力を有する～群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有するレンズ」と「正レンズ」とは同義である。「負の屈折力を有するレンズ」と「負レンズ」とは同義である。「～レンズ群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、１枚のみのレンズからなる構成としてもよい。

複合非球面レンズ（球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として１つの非球面レンズとして機能するレンズ）は、接合レンズとは見なさず、１枚のレンズとして扱う。非球面を含むレンズに関する、屈折力の符号、および面形状は、特に断りが無い限り、近軸領域で考えることにする。

条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、無限遠物体に合焦した状態において、ｄ線を基準とした場合の値である。あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線、Ｆ線、およびＣ線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、およびＮＣとした場合に、θｇＦ＝（Ｎｇ－ＮＦ）／（ＮＦ－ＮＣ）で定義される。本明細書に記載の「ｄ線」、「Ｃ線」、「Ｆ線」、および「ｇ線」は輝線であり、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍ（ナノメートル）である。

本開示の実施例１のズームレンズに対応し、本開示の一実施形態に係るズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 図１に示すズームレンズの構成と光束を示す断面図である。 非球面形状を説明するための図である。 本開示の実施例１のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例２のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例２のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例３のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例３のズームレンズの各収差図である。 本開示の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

以下、本開示の技術に係る実施形態の一例について図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るズームレンズの広角端における構成を示す断面図と移動軌跡を示す図である。図２は、このズームレンズの構成と光束を示す断面図である。図１および図２に示す例は後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１の断面図および図２では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側である。図２では、「ＷＩＤＥ」と付した最上段に広角端状態を示し、「ＭＩＤＤＬＥ１」と付した上から２番目の段に第１中間焦点距離状態を示し、「ＭＩＤＤＬＥ２」と付した上から３番目の段に第２中間焦点距離状態を示し、「ＴＥＬＥ」と付した最下段に望遠端状態を示す。図２では、光束として、広角端状態における軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂ、第１中間焦点距離状態における軸上光束ｍ１ａおよび最大画角の光束ｍ１ｂ、第２中間焦点距離状態における軸上光束ｍ２ａおよび最大画角の光束ｍ２ｂ、望遠端状態における軸上光束ｔａおよび最大画角の光束ｔｂを示す。

図１および図２では、ズームレンズが撮像装置に適用されることを想定して、ズームレンズと像面Ｓｉｍとの間に入射面と出射面が平行の光学部材ＰＰが配置された例を示している。光学部材ＰＰは、各種フィルタ、カバーガラス、およびプリズム等を想定した部材である。各種フィルタとは例えば、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、および特定の波長域をカットするフィルタ等である。光学部材ＰＰは屈折力を有しない部材であり、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。以下では主に図１を参照しながら本開示の一実施形態に係るズームレンズについて説明する。

ズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる５つのレンズ群のみをレンズ群として備える。変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Ｚに沿って移動する。最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍の際に間隔が変化する５つのレンズ群を含み、上記のように構成することによって、変倍の際の収差変動を抑えつつ、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。特に、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を正の屈折力を有するレンズ群とすることによって、軸上色収差が拡大しやすい望遠側の軸上色収差を抑制することができるので高倍率化に有利となる。また、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５とを変倍の際に固定されている構成とすることによって、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離が変倍の際に変化せず、レンズ系の重心の変動を小さくすることができるため、撮影の際の利便性を高めることができる。

図１では、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４の下にそれぞれ、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を模式的に実線の矢印で示している。また、移動軌跡の始点および終点それぞれに対応する広角端および望遠端を図１ではそれぞれ「ＷＩＤＥ」および「ＴＥＬＥ」で示している。

図１の例の各レンズ群は以下に述べるレンズから構成されている。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、レンズＬ１１～Ｌ１５の５枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ順に、レンズＬ２１～Ｌ２７の７枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、レンズＬ３１の１枚のレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へ順に、レンズＬ４１～Ｌ４４の４枚のレンズからなる。第５レンズ群Ｇ５は、物体側から像側へ順に、レンズＬ５１～Ｌ６３の１３枚のレンズからなる。また、図１の例では、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に開口絞りＳｔが配置されている。ただし、図１の開口絞りＳｔは形状を示しているのではなく、光軸方向の位置を示している。

第２レンズ群Ｇ２は最も物体側に負レンズを備えるように構成される。負の屈折力を第２レンズ群Ｇ２の内部の物体側に配置することによって、高倍率化の際に入射瞳位置をより物体側に近づけることができるため、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズの大径化を抑制することができる。これによって、小型化を図りながら広角化を達成することに有利となる。

第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズの焦点距離をｆ２１とした場合、下記条件式（１）を満足するように構成される。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、入射瞳位置をより物体側に近づける効果が得られるため、第１レンズ群Ｇ１のレンズの大径化の抑制に有利となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎるのを抑制できるため、広角端での歪曲収差の発生を抑えることが容易になる。さらに下記条件式（１－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．６＜ｆ２／ｆ２１＜０．９ （１）
０．６８＜ｆ２／ｆ２１＜０．８ （１－１）

本開示の技術に係るズームレンズは、上記の群構成を有し、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に負レンズを配置し、この負レンズの屈折力を条件式（１）を満足するように設定しているため、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成し、良好な光学性能を得ることに有利となる。

次に、本開示の技術に係るズームレンズの好ましい構成について説明する。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズは非球面レンズであることが好ましい。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に非球面レンズを配置することによって、広角端の歪曲収差を抑制することが容易になる。

より詳しくは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズの像側の面が非球面であり、この非球面は、広角端での最大画角の主光線とこの非球面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する形状であることが好ましい。均質媒質からなる非球面レンズの同一面上の異なる２点における屈折力の強弱は、例えば、各点における近似的な曲率半径の絶対値の大小関係から判断することができる。上記の好ましい非球面の形状について図３を参照しながら以下に説明する。一例として、図３に上記形状を有する非球面Ｓａの断面図を示す。図３では、広角端での最大画角の主光線ＣＲと非球面Ｓａとの交点Ｐａにおける面の法線を二点鎖線で示し、この法線と光軸Ｚとが交わる点を点Ｐ１としている。交点Ｐａと点Ｐ１とを結ぶ線分の長さ｜Ｐａ－Ｐ１｜が、非球面Ｓａの交点Ｐａにおける近似的な曲率半径の絶対値とみなすことができる。一方、非球面Ｓａの近軸領域における曲率半径の絶対値は、いわゆる近軸曲率半径の絶対値である。非球面Ｓａの近軸曲率半径は、非球面Ｓａの近軸球面Ｓｐの半径であり、図３ではその絶対値を｜Ｒｐ｜で示している。近軸球面Ｓｐは、非球面Ｓａと光軸Ｚとの交点を通り、光軸上の点Ｐ２を中心とする半径｜Ｒｐ｜の球面である。図３の例において、「非球面は、広角端での最大画角の主光線とこの非球面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する」とは、｜Ｐａ－Ｐ１｜が｜Ｒｐ｜よりも長いことを意味する。

第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の負レンズの像側の面を非球面にすることによって、広角端の歪曲収差をより抑制することが容易になる。また、近軸領域に比べレンズ周辺部での曲率半径の絶対値を大きくすることによって、非球面と隣接する面との面間隔をより小さくすることができるので、第２レンズ群Ｇ２をより小型化することができる。そして、これによってズームストローク（変倍の際の移動範囲）をより長くすることができるため、高倍率化に有利となる。

第２レンズ群Ｇ２に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をν２ｐとした場合、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１によって広角端でプラス側に発生する短波長の倍率色収差を、第２レンズ群Ｇ２によって効果的に補正することができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、ｄ線基準のアッベ数がν２ｐとなる第２レンズ群Ｇ２の正レンズの屈折率が低くなり過ぎないため、この正レンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎることがなく、したがって厚みが厚くなるのを抑制することができる。これによって、ズームストロークの確保に有利となるので、高倍率化に有利となる。さらに下記条件式（２－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
７０＜ν２ｐ＜１１０ （２）
８０＜ν２ｐ＜１００ （２－１）

望遠端での第２レンズ群Ｇ２の横倍率をβ２ｔ、広角端での第２レンズ群Ｇ２の横倍率をβ２ｗとした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、変倍の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑制できるため、小型化および高倍率化の両立に有利となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動の抑制が容易になる。さらに下記条件式（３－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１０＜β２ｔ／β２ｗ＜２５ （３）
１５＜β２ｔ／β２ｗ＜２０ （３－１）

第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４とした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、第４レンズ群Ｇ４に対して第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり過ぎないため、第４レンズ群Ｇ４のレンズを小径化することが容易になり、また、第３レンズ群Ｇ３のズームストロークを確保し易くなるので高倍率化が容易になる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、第４レンズ群Ｇ４に対して第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動を抑制することが容易になるので高性能化に有利となる。さらに下記条件式（４－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．４＜ｆ４／ｆ３＜１ （４）
０．４５＜ｆ４／ｆ３＜０．６５ （４－１）

無限遠物体に合焦した状態における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を合成してなる第３４合成レンズ群と、第２レンズ群Ｇ２とは、それぞれの横倍率が－１倍の点を同時に通り、第４レンズ群Ｇ４は物体側へ移動することが好ましい。このようにした場合は、高倍率化が容易となる。第３４合成レンズ群の横倍率、および第２移動レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置は、図１の移動軌跡の図では「β＝－１」で示されており、図２では第２中間焦点距離状態に対応する。

さらにズームレンズは、無限遠物体に合焦した状態において、第３４合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置よりも広角側で第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最大になるように構成されていることが好ましい。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ズーム位置は図１の移動軌跡の図では「Ｄｍａｘ」で示されており、図２では第１中間焦点距離状態に対応する。本開示のズームレンズのようなレンズ系では合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置よりも広角側において軸外光束の外縁光線は最も高くなる。一方、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状態は、第３レンズ群Ｇ３が物体側に繰り出した状態である。第３４合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置と広角端との間のズーム域内で第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最大になるように構成することによって、軸外光束の外縁光線が最も高くなるズーム位置、もしくはその近傍で、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を物体側に繰り出すことができる。これによって、第１レンズ群Ｇ１における軸外光束の外縁光線をより低くすることができるため、第１レンズ群Ｇ１の大径化を抑制することができ、小型化に有利となる。

無限遠物体に合焦した状態において、第３４合成レンズ群と第２レンズ群Ｇ２とがそれぞれの横倍率が－１倍の点を同時に通り、第３４合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置よりも広角側で第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が最大になる場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。ここでは、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との光軸上の間隔の最大値をＤ３４ｍａｘ、広角端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との光軸上の間隔をＤ３４ｗ、広角端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との合成焦点距離をｆ３４ｗとしている。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、入射瞳位置を物体側に近づける効果が十分得られるため、高倍率化した際に、第１レンズ群Ｇ１のレンズの大径化を抑制することができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、第３レンズ群Ｇ３の位置の変化が大きくなり過ぎないため、広角側での変倍の際の球面収差の変動を抑えることに有利となる。さらに下記条件式（５－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３５＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４５ （５）
０．３８＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４１ （５－１）

望遠端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との合成横倍率をβ３４ｔ、広角端での第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との合成横倍率をβ３４ｗとした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、変倍の際に移動する各レンズ群の移動量を抑制できるため、小型化および高倍率化の両立が容易になる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、変倍の際に移動する各レンズ群の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動を抑制することが容易になる。さらに下記条件式（６－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
４＜β３４ｔ／β３４ｗ＜８ （６）
５＜β３４ｔ／β３４ｗ＜７．５ （６－１）

また、ズームレンズは防振機能を有することが好ましい。特に、ズームの倍率が１００倍を超えるようなズームレンズは、望遠側での焦点距離が長くなることから、撮影の際にズームレンズにかかる振動が無視できなくなるため、像ぶれ補正を行う防振機能を有することが好ましい。その場合、第５レンズ群Ｇ５が最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸Ｚと交差する方向に移動する防振レンズ群を備えることが好ましい。さらに、図１に示すように第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間に開口絞りＳｔが配置されていることが好ましい。変倍の際に固定されているレンズ群であり、かつレンズ径が小さく重量の小さいレンズ群である第５レンズ群Ｇ５のレンズを用いて防振レンズ群を構成することによって、防振の制御が容易になる。また、開口絞りＳｔに近い第５レンズ群Ｇ５の最も物体側に防振レンズ群を配置することによって、球面収差の抑制に有利となる。

第５レンズ群Ｇ５が最も物体側に防振レンズ群を備える場合、防振レンズ群は負の屈折力を有し、かつ、下記条件式（７）を満足することが好ましい。ここでは、広角端でのズームレンズの焦点距離をｆｗ、防振レンズ群の焦点距離をｆｏｉｓとしている。正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５に含まれる防振レンズ群の屈折力を負にすることによって、防振レンズ群の屈折力をより強くすることができ、像ぶれ補正の際の防振レンズ群の光軸Ｚに垂直な方向の移動量を抑制できる。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、防振レンズ群のレンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎないため、球面収差の発生を抑制することに有利となる。条件式（７）の上限については、防振レンズ群は負の屈折力を有することから条件式（７）の上限は０になる。さらに下記条件式（７－１）を満足することが好ましい。条件式（７－１）の下限以下とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑制することにより有利となる。防振レンズ群が負の屈折力を有し、かつ条件式（７－１）の上限以上とならないようにすることによって、像ぶれ補正の際の防振レンズ群の光軸Ｚに垂直な方向の移動量を抑制できるので、防振レンズ群の大径化を抑制でき、これによって制御が容易になる。
－０．２＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜０ （７）
－０．１５＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜－０．０５ （７－１）

防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなることが好ましい。このようにした場合は、像ぶれ補正の際の球面収差の抑制に有利となる。図１の例では、防振レンズ群はレンズＬ５１～Ｌ５３の３枚のレンズからなる。図１のレンズＬ５１～Ｌ５３の下に記入された上下方向の両矢印は、レンズＬ５１～Ｌ５３が防振レンズ群であることを示す。

なお、図１に示す例は一例であり、本開示の技術の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、各レンズ群を構成するレンズの枚数は、図１に示す例と異なる枚数にすることも可能である。

上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本開示の技術によれば、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「広角」は広角端での全画角が７０度以上であることを意味し、「高倍率」はズームの倍率が１００倍以上であることを意味する。

次に、本開示のズームレンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１のズームレンズの構成と移動軌跡は図１に示しており、その図示方法と構成は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる。変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔと第５レンズ群Ｇ５とは像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Ｚに沿って移動する。第１レンズ群Ｇ１は５枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は７枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は１枚のレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は４枚のレンズからなる。第５レンズ群Ｇ５は１３枚のレンズからなる。防振レンズ群は、第５レンズ群Ｇ５の物体側から１番目、２番目、および３番目の３枚のレンズからなる。以上が実施例１のズームレンズの概要である。

実施例１のズームレンズについて、基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂに、諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に示す。ここでは、１つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂの２つの表に分けて表示している。表１Ａには第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４までを示し、表１Ｂには開口絞りＳｔ、第５レンズ群Ｇ５、および光学部材ＰＰを示す。表１Ａ、表１Ｂ、および表２には、無限遠物体に合焦した状態におけるデータを示す。

表１Ａおよび表１Ｂにおいて、Ｓｎの欄には最も物体側の面を第１面とし像側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示し、θｇＦの欄には各構成要素のｇ線とＦ線間の部分分散比を示す。

表１Ａおよび表１Ｂでは、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１Ｂでは開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１Ａおよび表１Ｂでは、変倍の際の可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤの欄に記入している。

表２に、ズームの倍率Ｚｒ、焦点距離ｆ、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および、変倍の際の可変面間隔をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、望遠端状態の各値をそれぞれＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ１、ＭＩＤＤＬＥ２、ＴＥＬＥと表記した欄に示している。

基本レンズデータでは、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３において、Ｓｎの欄には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍ（ｍ＝３、４、５、・・・１６）の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。ＫＡおよびＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ^２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ^２×ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×ｈ^ｍ
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
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

各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（ミリメートル）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。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図４に、実施例１のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態の各収差図を示す。図４では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図４では「ＷＩＤＥ」と付した最上段に広角端状態の収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ１」と付した上から２番目の段に第１中間焦点距離状態の収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ２」と付した上から３番目の段に第２中間焦点距離状態の収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した最下段に望遠端状態の収差を示す。球面収差図では、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線における収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および一点鎖線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および一点鎖線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２のズームレンズの構成と移動軌跡を図５に示す。実施例２のズームレンズは、実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例２のズームレンズについて、基本レンズデータを表４Ａおよび表４Ｂに、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図６に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズの構成と移動軌跡を図７に示す。実施例３のズームレンズは、実施例１のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例３のズームレンズについて、基本レンズデータを表７Ａおよび表７Ｂに、諸元と可変面間隔を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図８に示す。

表１０に、実施例１～３のズームレンズの条件式（１）～（７）の対応値を示す。

以上説明したデータからわかるように、実施例１～３のズームレンズは、小型に構成されながらも、広角端での全画角が７０度以上あり、広い画角を有しており、ズームの倍率が１２０倍以上であり、高倍率化を達成しており、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。撮像装置において、例えば、撮像面の直径が１１ｍｍ（ミリメートル）の撮像素子と組み合わせてズームレンズが使用される際、最も物体側のレンズの直径は２０５ｍｍ（ミリメートル）以下であることが要望される場合があるが、実施例１～３はこのような要望に対応可能である。

次に、本開示の実施形態に係る撮像装置について説明する。図９に、本開示の実施形態の撮像装置の一例として、本開示の実施形態に係るズームレンズ１を用いた撮像装置１００の概略構成図を示す。撮像装置１００としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等を挙げることができる。

撮像装置１００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フィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図９では、ズームレンズ１が備える複数のレンズを概略的に図示している。

撮像素子３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、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子３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。

撮像装置１００はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、ズームレンズ１の変倍を制御する変倍制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御する合焦制御部８とを備える。なお、図９では１つの撮像素子３のみ図示しているが、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置としてもよい。

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、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。

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ 変倍制御部
８ 合焦制御部
１００ 撮像装置
ＣＲ 主光線
Ｇ１ 第１レンズ群
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
Ｌ１１～Ｌ１５、Ｌ２１～Ｌ２７、Ｌ３１、Ｌ４１～Ｌ４４、Ｌ５１～Ｌ６３ レンズ
ｍ１ａ、ｍ２ａ、ｔａ、ｗａ 軸上光束
ｍ１ｂ、ｍ２ｂ、ｔｂ、ｗｂ 最大画角の光束
Ｐ１、Ｐ２ 点
Ｐａ 交点
ＰＰ 光学部材
Ｒｐ 半径
Ｓａ 非球面
Ｓｉｍ 像面
Ｓｐ 近軸球面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (19)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とからなる５つのレンズ群のみをレンズ群として備え、
   変倍の際に、前記第１レンズ群および前記第５レンズ群は像面に対して固定されており、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動し、
   前記第２レンズ群は最も物体側に負レンズを備え、かつ少なくとも１枚の正レンズを含み、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、
   前記第２レンズ群の最も物体側の前記負レンズの焦点距離をｆ２１、
   前記第２レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の最大値をν２ｐとした場合、
   ０．６＜ｆ２／ｆ２１＜０．９ （１）
   ７０＜ν２ｐ＜１１０ （２）
   で表される条件式（１）および（２）を満足するズームレンズ。
2. 望遠端での前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、
   広角端での前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗとした場合、
   １０＜β２ｔ／β２ｗ＜２５ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群の最も物体側の前記負レンズの像側の面は、広角端での最大画角の主光線と前記面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する非球面形状である請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 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とした場合、
   ０．４＜ｆ４／ｆ３＜１ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 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第３４合成レンズ群と、前記第２レンズ群とは、それぞれの横倍率が－１倍の点を同時に通り、前記第４レンズ群は物体側へ移動する請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第３４合成レンズ群の横倍率が－１倍になるズーム位置よりも広角側において前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が最大になる請求項５に記載のズームレンズ。
7. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との光軸上の間隔の最大値をＤ３４ｍａｘ、
   広角端での前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との光軸上の間隔をＤ３４ｗ、
   広角端での前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成焦点距離をｆ３４ｗとした場合、
   ０．３５＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４５ （５）
   で表される条件式（５）を満足する請求項６に記載のズームレンズ。
8. 望遠端での前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成横倍率をβ３４ｔ、
   広角端での前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成横倍率をβ３４ｗとした場合、
   ４＜β３４ｔ／β３４ｗ＜８ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間に絞りが配置され、
   前記第５レンズ群は最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振レンズ群を備える請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 前記防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなる請求項９に記載のズームレンズ。
11. 前記防振レンズ群は負の屈折力を有し、
    広角端での前記ズームレンズの焦点距離をｆｗ、
    前記防振レンズ群の焦点距離をｆｏｉｓとした場合、
    －０．２＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜０ （７）
    で表される条件式（７）を満足する請求項９又は１０に記載のズームレンズ。
12. ０．６８＜ｆ２／ｆ２１＜０．８ （１－１）
    で表される条件式（１－１）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
13. ８０＜ν２ｐ＜１００ （２－１）
    で表される条件式（２－１）を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
14. １５＜β２ｔ／β２ｗ＜２０ （３－１）
    で表される条件式（３－１）を満足する請求項２に記載のズームレンズ。
15. ０．４５＜ｆ４／ｆ３＜０．６５ （４－１）
    で表される条件式（４－１）を満足する請求項４に記載のズームレンズ。
16. ０．３８＜（Ｄ３４ｍａｘ－Ｄ３４ｗ）／ｆ３４ｗ＜０．４１ （５－１）
    で表される条件式（５－１）を満足する請求項７に記載のズームレンズ。
17. ５＜β３４ｔ／β３４ｗ＜７．５ （６－１）
    で表される条件式（６－１）を満足する請求項８に記載のズームレンズ。
18. －０．１５＜ｆｗ／ｆｏｉｓ＜－０．０５ （７－１）
    で表される条件式（７－１）を満足する請求項１１に記載のズームレンズ。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載のズームレンズを備えた撮像装置。

Images