JP2011186417A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比でありながら、全長が短く、全体的に小型化の図られたズームレンズおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】物体側から順に、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、負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とから構成され、各レンズ群の間隔を変化させることで変倍を行い、以下の条件式を満足する。ｆｔは望遠端における全系の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離とする。
０．０５＜｜ｆ４｜／ｆｔ＜０．２５ ……（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）等に好適に用いられるズームレンズおよび撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子の小型化が進むにつれて、装置全体としての小型化が求められている。撮像装置全体の小型化を図るためにも、レンズ全長が短縮化され、レンズ系が全体的に小型化されていることが好ましい。

特開２００１−３５００９３号公報 特開２００３−２５５２２８号公報 特許３３９１３４２号公報

特許文献１ないし３には、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正または正、負、正、負の４つのレンズ群が配設された４群方式のズームレンズや、正、負、正、負、正の５つのレンズ群が配設された５群方式のズームレンズなどが開示されている。高変倍比を実現するためには、４群方式よりも５群方式のズームレンズの方が有利であるが、その場合、レンズ全長や変倍時の収差変動が十分に抑えられていることが好ましい。

特許文献１には、第１レンズ群の焦点距離ｆ１と望遠端における全系の焦点距離ｆｔとに関して、
１．１＜ｆ１／ｆｔ＜２．５
の条件を満足するズームレンズが開示されているが、この条件を満足する場合、望遠端での焦点距離ｆｔに対する第１レンズ群の焦点距離ｆ１が長いため、レンズ全長が長くなり小型化に不利である。

特許文献２には、物体側から順に、屈折力が正、負、正、負、正の５つのレンズ群を配設し、第４レンズ群を１枚のレンズで構成した５群方式のズームレンズが開示されている。この構成では、第４レンズ群が１枚のレンズで構成されるため、変倍時の収差変動が大きくなる。また、合焦時に第４レンズ群を移動させると合焦時にも収差変動が大きくなる。

特許文献３には、物体側から順に、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、少なくとも１つの後続群とからなるズームレンズが開示されている。このズームレンズでは、第１レンズ群が少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズとを含む合計３枚以下のレンズで構成され、少なくとも１枚の正レンズのｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数νｄとに関し、
Ｎｄ＜１．５３
νｄ＞７８
の条件を満足するものとされている。しかしながら、この条件では、屈折率が低いため、ペッツバール和が増大し望遠端での像面湾曲が増大する。さらに正レンズの曲率が強くなり、正レンズの厚みを増やす必要があり小型化に不利である。また、アッベ数が大きいため、軸上色収差の補正には有利であるが、倍率色収差の補正には不利である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高変倍比でありながら、全長が短く、全体的に小型化の図られたズームレンズおよび撮像装置を提供することにある。

本発明によるズームレンズは、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、負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レンズ群とから構成され、各レンズ群の間隔を変化させることで変倍を行うようになされ、以下の条件式を満足するものである。ただし、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離とする。
０．０５＜｜ｆ４｜／ｆｔ＜０．２５ ……（１）

本発明によるズームレンズでは、上記構成により、変倍時の収差変動を抑えやすく、高変倍比化を図りやすくなる。また、レンズ全長を抑えやすく、全体的に小型化を図りやすくなる。
そして、さらに、次の好ましい構成を適宜採用して満足することで、レンズ全長や変倍時の収差変動を十分に抑え、より高性能化を図りやすくなる。

本発明によるズームレンズにおいて、第４レンズ群は、正レンズと負レンズとの２枚のレンズで構成されていることが好ましい。また、第４レンズ群を光軸方向に移動することによって合焦を行うようになされていることが好ましい。

また、本発明によるズームレンズにおいて、以下の少なくとも１つの条件式を満足していることが好ましい。式中、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、ｆ５は第５レンズ群の焦点距離を示す。
０．４ ＜ｆ１／ｆｔ＜１．３ ……（２）
０．０５＜ｆ３／ｆｔ＜０．２０ ……（３）
０．０５＜ｆ５／ｆｔ＜０．４ ……（４）

第５レンズ群は、１枚の正レンズのみで構成され、その正レンズの少なくとも物体側の面が非球面形状であることが好ましい。また、第５レンズ群は、変倍および合焦時に固定の群であることが好ましい。

また、第１レンズ群は物体側から順に、物体側が凸面の負のメニスカスレンズおよび物体側が凸の正レンズからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとからなり、以下の条件式を満足していることが好ましい。式中、Ｎ１２は第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線での屈折率、ν１２は第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線でのアッベ数を示す。
１．４７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
６２．０＜ν１２＜７５．０ ……（６）

また、第２レンズ群は、物体側から順に、像側に強い凹面を向けた負レンズと、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、物体側に強い凹面を向けた負レンズとで構成されていても良い。

また、第２レンズ群内で、最も物体側のレンズは以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、Ｒａは第２レンズ群内の最も物体側のレンズの物体側の面の曲率半径、Ｒｂは第２レンズ群内の最も物体側のレンズの像側の面の曲率半径を示す。
０．６＜（Ｒａ−Ｒｂ）／（Ｒａ＋Ｒｂ）＜１．０ ……（７）

また、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、ｆ２は前記第２レンズ群の焦点距離を示す。
０．０５＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．１０ ……（８）

本発明による撮像装置は、本発明によるズームレンズと、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の高変倍比で小型化の図られた高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いて、装置全体としての小型化が図られる。

本発明のズームレンズによれば、物体側から順に、屈折力が正、負、正、負、正の５つのレンズ群を配設した５群方式として、４群方式に比べて高変倍比化を図りやすい構成としつつ、各群の構成の最適化を図るようにしたので、高変倍比でありながら、全長が短く、全体的に小型化を図ることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の高変倍比で小型化の図られた高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いるようにしたので、高変倍比の良好な撮像性能を維持しつつ、装置全体としての小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示すものであり、数値実施例１に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第２の構成例を示すものであり、数値実施例２に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第３の構成例を示すものであり、数値実施例３に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第４の構成例を示すものであり、数値実施例４に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第５の構成例を示すものであり、数値実施例５に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第６の構成例を示すものであり、数値実施例６に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第７の構成例を示すものであり、数値実施例７に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第８の構成例を示すものであり、数値実施例８に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第９の構成例を示すものであり、数値実施例９に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第１０の構成例を示すものであり、数値実施例１０に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第１１の構成例を示すものであり、数値実施例１１に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第１２の構成例を示すものであり、数値実施例１２に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第１３の構成例を示すものであり、数値実施例１３に対応するレンズ断面図である。 ズームレンズの第１４の構成例を示すものであり、数値実施例１４に対応するレンズ断面図である。 実施例１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例８に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例８に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例８に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例９に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例９に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例９に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１０に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１０に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１０に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１１に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１２に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１３に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１３に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１３に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１４に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１４に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１４に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 本発明の一実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルスチルカメラの一構成例を示す外観図である。 本発明の一実施の形態に係る撮像装置としてのビデオカメラの一構成例を示す外観図である。

［レンズ構成］
以下、本発明の実施の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、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例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、後述の第２ないし第１４の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第１４の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、変倍に伴って変化する部分の面間隔（例えばＤ５，Ｄ１２等）のみ符号を付す。

このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、第５レンズ群Ｇ５とを備えている。光学的な開口絞りＳｔは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間で、第３レンズ群Ｇ３の物体側近傍に配設されていることが好ましい。

このズームレンズは、例えばビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮影機器のほか、ＰＤＡ等の情報携帯端末にも搭載可能である。このズームレンズの像側には、搭載されるカメラの撮影部の構成に応じた部材が配置される。例えば、このズームレンズの結像面（撮像面）には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１００が配置される。撮像素子１００は、このズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するものである。少なくとも、このズームレンズと撮像素子１００とで、本実施の形態における撮像装置が構成される。最終レンズ群（第５レンズ群Ｇ５）と撮像素子１００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ＧＣが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていても良い。

このズームレンズは、少なくとも第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４を光軸に沿って移動させて、各群間隔を変化させることにより変倍を行うようになされている。また第４レンズ群Ｇ４を合焦時に移動させるようにしても良い。第５レンズ群Ｇ５は、変倍および合焦の際に常時固定であることが好ましい。開口絞りＳｔは、例えば第３レンズ群Ｇ３と共に移動するようになっている。

より詳しくは、広角端から中間域へ、さらに望遠端へと変倍させるに従い、各レンズ群および開口絞りＳｔは、例えば図１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）の状態へ、さらに図１（Ｃ）の状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。

なお、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例では、変倍時には第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４が移動するようになっている。図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例では、変倍時には第２レンズ群Ｇ２が固定とされ、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４が移動するようになっている。

第１レンズ群Ｇ１は、全体として正の屈折力を有している。第１レンズ群Ｇ１は、例えば３つのレンズで構成することができる。より具体的には、第１レンズ群Ｇ１は物体側より順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ１１および物体側が凸の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１３とで構成されていることが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２は、全体として負の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は、例えば４枚のレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成することができる。ただし、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように第２レンズ群Ｇ２を３枚のレンズＬ２１〜Ｌ２３で構成することも可能である。

第２レンズ群Ｇ２内のレンズＬ２１〜Ｌ２４は例えば、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように、物体側から順に、像側に強い凹面を向けた負レンズと、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、物体側に強い凹面を向けた負レンズとで構成することができる。ここで、「像側に強い凹面を向けた」とは、物体側の面に比べて像側の面の方が負の屈折力が大きい面とされていることを意味する。例えば、像側の面が負の屈折力が大きい凹面で物体側の面が凸面である構成（像側に凹面を向けた負メニスカス形状）である。その他、像側の面が負の屈折力が大きい凹面で物体側の面が平面とされた平凹形状である構成や、両凹形状であって、物体側の凹面に比べて像側の面が負の屈折力が大きい凹面とされている構成であっても良い。
また、「物体側に強い凹面を向けた」とは、像側の面に比べて物体側の面の方が負の屈折力が大きい面とされていることを意味する。例えば、物体側の面が負の屈折力が大きい凹面で像側の面が凸面である構成（物体側に凹面を向けた負メニスカス形状）である。その他、物体側の面が負の屈折力が大きい凹面で像側の面が平面とされた平凹形状である構成や、両凹形状であって、像側の凹面に比べて物体側の面が負の屈折力が大きい凹面とされている構成であっても良い。

第３レンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は例えば、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように、４枚のレンズＬ３１〜Ｌ３４で構成することができる。また、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように、５枚のレンズＬ３１〜Ｌ３５で構成することも可能である。また、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の構成例のように、３枚のレンズＬ３１〜Ｌ３３で構成することも可能である。

第４レンズ群Ｇ４は、全体として負の屈折力を有している。第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ４１と負レンズＬ４２との２枚のレンズで構成されていることが好ましい。このズームレンズは、第４レンズ群Ｇ４に関して、以下の条件を満足している。ｆｔは望遠端における全系の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離とする。
０．０５＜｜ｆ４｜／ｆｔ＜０．２５ ……（１）

第５レンズ群Ｇ５は、全体として正の屈折力を有している。第５レンズ群Ｇ５は１枚の正レンズＬ５１のみで構成されていることが好ましい。また、その正レンズＬ５１は、少なくとも物体側の面が非球面形状であることが好ましい。

このズームレンズは、以下の条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。式中、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５の焦点距離を示す。
０．４＜ｆ１／ｆｔ＜１．３ ……（２）
０．０５＜ｆ３／ｆｔ＜０．２０ ……（３）
０．０５＜ｆ５／ｆｔ＜０．４ ……（４）

また、第１レンズ群Ｇ１内の接合レンズを構成する正レンズＬ１２に関して、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、Ｎ１２は正レンズＬ１２のｄ線での屈折率、ν１２は正レンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数を示す。
１．４７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
６２．０＜ν１２＜７５．０ ……（６）

また、第２レンズ群Ｇ２内で、最も物体側のレンズ（レンズＬ２１）は以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、ＲａはレンズＬ２１の物体側の面の曲率半径、ＲｂはレンズＬ２１の像側の面の曲率半径を示す。
０．６＜（Ｒａ−Ｒｂ）／（Ｒａ＋Ｒｂ）＜１．０ ……（７）

また、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離とする。
０．０５＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．１０ ……（８）

また、第１レンズ群Ｇ１は望遠端において広角端よりも物体側に位置し、以下の条件式を満足することが好ましい。ｆｗは広角端における全系の焦点距離を示す。
１８＜ｆｔ／ｆｗ＜４２ ……（９）

［撮像装置への適用例］
図５７（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラを示している。特に図５７（Ａ）は、このデジタルスチルカメラを前側から見た外観を示し、図５７（Ｂ）は、このデジタルスチルカメラを背面側から見た外観を示している。このデジタルスチルカメラは、カメラ本体１０を備え、そのカメラ本体１０の前面側の中央上部に、ストロボ光を照射するストロボ発光部３１が設けられている。カメラ本体１０の上面側には、レリーズボタン３２と電源ボタン３３が設けられている。カメラ本体１０の背面側には、表示部３６と操作部３４，３５とが設けられている。表示部３６は、撮像された画像を表示するためのものである。カメラ本体１０の前面側中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にレンズ部２０が設けられている。レンズ部２０は、沈胴式の鏡筒内にレンズ部材を収納したものである。カメラ本体１０内には、レンズ部２０によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。このデジタルスチルカメラでは、レリーズボタン３２を押圧操作することにより、１フレーム分の静止画の撮影が行われ、この撮影で得られる画像データがカメラ本体１０内の記録媒体（図示せず）に記録される。このようなカメラにおけるレンズ部２０として、本実施の形態におけるズームレンズを用いることで、高解像の撮像信号が得られる。カメラ本体１０側では、その撮像信号に基づいて高解像の画像を生成することができる。

また、このデジタルスチルカメラが動画の撮影機能を有していても良い。例えば動画撮影モードと静止画撮影モードとを操作部３４，３５によって選択可能とする。動画撮影モードが選択された場合には、単位時間当たりに複数枚の静止画を連続的に撮影することで、動画データを得ることができる。

図５８は、このズームレンズが搭載される撮像装置の一例としてビデオカメラの構成例を示している。このビデオカメラは、カメラ本体１と、カメラ本体１の上部に設けられた撮像レンズ２とを備えている。カメラ本体１内には、撮像レンズ２によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。カメラ本体１にはまた、撮影した画像を表示するための表示ユニット３が取り付けられている。このようなビデオカメラにおける撮像レンズ２としても、本実施の形態におけるズームレンズを適用可能である。

［作用・効果］
次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。
このズームレンズによれば、屈折力が正、負、正、負、正の５つのレンズ群を配設した５群方式として、４群方式に比べて高変倍比化を図りやすい構成としつつ、各群の構成の最適化を図るようにしたので、以下で説明するような作用・効果が得られ、高変倍比でありながら、全長が短く、全体的に小型化を図ることができる。また、このズームレンズを搭載した撮像装置によれば、高変倍比で小型化の図られた高性能のズームレンズを撮像レンズとして用いるようにしたので、高変倍比の良好な撮像性能を維持しつつ、装置全体としての小型化を図ることができる。

このズームレンズでは、第４レンズ群Ｇ４を正レンズＬ４１と負レンズＬ４２との２枚のレンズで構成することで、２枚という少ない枚数でありながら、第４レンズ群Ｇ４で発生する収差を抑えることができ、小型化の達成と変倍全域において良好に収差を補正することができる。また、第４レンズ群Ｇ４を光軸方向に移動することによって合焦を行うことで、合焦時の収差の変動を抑えることができる。また、構成枚数が２枚の群を動かすことで合焦の高速化を達成することができる。

また、第５レンズ群Ｇ５を１枚の正レンズＬ５１のみで構成し、その正レンズＬ５１の少なくとも物体側の面を非球面形状とすることで、特に像面湾曲を良好に補正することができる。また、最終レンズ群である第５レンズ群Ｇ５を、変倍および合焦の際に常時固定とすることで、カメラに搭載した場合に、撮像素子１００を密閉構造にしやすくなり、撮像素子１００へのゴミやほこりの付着を防止することができる。

上記条件式（１）は、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化でき、変倍全域での収差を良好に補正することができる。条件式（１）の下限を下回ると第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強くなるため、光学系の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、変倍全域において良好に収差を補正することが困難となる。上限を上回ると第４レンズ群Ｇ４の屈折力が小さくなるため、小型化の達成が困難となる。
より高い光学性能を得るために、条件式（１）の数値範囲は、
０．０７＜｜ｆ４｜／ｆｔ＜０．２０ ……（１’）
であることが望ましい。

上記条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化でき、変倍全域での収差を良好に補正することができる。条件式（２）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなるため、光学系の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増大されるため、変倍全域にて良好に収差を補正することが困難となる。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなる。また、第１レンズ群Ｇ１の外径も拡大されるため、光学系の小型化の達成が困難となる。
より高い光学性能を得るために、条件式（２）の数値範囲は、
０．５＜ｆ１／ｆｔ＜０．６ ……（２’）
であることが望ましい。

上記条件式（３）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離に関する式で、この条件式を満足することで、小型化と変倍全域での光学性能を良好に補正することができる。条件式（３）の下限を下回ると第３レンズ群Ｇ３の屈折力が増大し、小型化には有利であるが、第３レンズ群Ｇ３で発生する収差が増大し、変倍全域での収差を良好に補正することができない。上限を上回ると第３レンズ群Ｇ３の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなり、小型化することが困難となる。
より高い光学性能を得るために、条件式（３）の数値範囲は、
０．０８＜ｆ３／ｆｔ＜０．１５ ……（３’）
であることが望ましい。

上記条件式（４）は、第５レンズ群Ｇ５の焦点距離に関する式で、この条件式を満足することで、シェーディングへの影響を少なくし、変倍全域での光学性能を良好に補正することができる。条件式（４）の下限を下回ると第５レンズ群Ｇ５の屈折力が増大し、小型化には有利であるが、第５レンズ群Ｇ５で発生する収差が増大し、変倍全域での収差を良好に補正することができない。上限を上回ると第５レンズ群Ｇ５の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなり、小型化にするのに不利となる。また、周辺画角での撮像素子への入射角度が大きくなり、シェーディングの影響が懸念される。
より高い光学性能を得るために、条件式（４）の数値範囲は、
０．１５＜ｆ５／ｆｔ＜０．３ ……（４’）
であることが望ましい。

上記条件式（５），（６）は、第１レンズ群Ｇ１における正レンズＬ１２のレンズ材料に関する式で、この条件式を満足することで変倍全域での光学性能を良好に補正することができる。条件式（５）の下限を下回るとペッツバール和が増大し、望遠端での像面湾曲が増大する。条件式（５）の上限を上回ると正レンズＬ１２の像側面における全反射条件の臨界角が小さくなるため、全反射が起きやすく、迷光が発生しやすい。条件式（６）の下限を下回ると、望遠端での軸上色収差が増大し、上限を上回ると広角端での倍率色収差が増大する。

上記条件式（７）は、第２レンズ群Ｇ２内の最も物体側のレンズＬ２１の最適な形状に関する。条件式（７）の下限を超えると第１レンズ群Ｇ１の径が増大し、広角に適さなくなる。上限を超えると第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とが干渉しやすくなり、高倍率を維持するのが困難となる。

上記条件式（８）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離に関する式で、この条件式を満足することで、小型化と変倍全域での光学性能を良好に補正することができる。条件式（８）の下限を越えると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎ、諸収差が十分に補正できなくなる。上限を超えると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が不十分で変倍比が稼げないか、もしくは全長が長くなる。

上記条件式（９）は、本実施の形態に係るズームレンズに好適な変倍比に関する。条件式（９）の下限を越えると、目的とする変倍率が得られない。上限を超えると変倍による諸収差の変動を抑えることが困難となる。
より高い光学性能を得るために、条件式（９）の数値範囲は、
２４＜ｆｔ／ｆｗ＜３２ ……（９’）
であることが望ましい。

次に、本実施の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。以下では、複数の数値実施例を部分的にまとめて説明する。

［数値実施例１］
［表１］〜［表３］は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２］および［表３］にはその他のデータを示す。［表１］に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係るズームレンズについて、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ようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２８）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１（Ｃ）において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。［表１］にはまた、諸データとして、広角端および望遠端における全系の近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、画角（２ω）およびＦナンバー（ＦＮＯ．）の値についても示す。

実施例１に係るズームレンズは、変倍に伴って各レンズ群の間隔が変化するため、各移動群の前後の面間隔Ｄ５，Ｄ１２，Ｄ２０，Ｄ２４の値は可変となっている。［表２］には、これらの面間隔Ｄ５，Ｄ１２，Ｄ２０，Ｄ２４の変倍時のデータとして、広角端、中間および望遠端における値を示す。

［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。実施例１に係るズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３内で最も像側にあるレンズ（レンズＬ３４）の両面Ｓ１９，Ｓ２０と、第５レンズ群Ｇ５内の正レンズＬ５１の両面Ｓ２５，Ｓ２６とが非球面形状となっている。［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、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。

［表３］には実施例１に係るズームレンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

実施例１に係るズームレンズの非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_n，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡ_n・ｈⁿ ……（Ａ）
（ｎ＝３以上の整数）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_n：第ｎ次の非球面係数

実施例１に係るズームレンズの非球面は、上記非球面式（Ａ）に基づき、非球面係数Ａ_nについてはＡ₃〜Ａ₁₀までの次数を有効に用いて表している。

［数値実施例２〜１４］
以上の数値実施例１と同様にして、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを数値実施例２として、［表４］〜［表６］に示す。同様にして、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）〜図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを数値実施例３〜１４として、［表７］〜［表４２］に示す。

なお、数値実施例２ないし７、および数値実施例１２のズームレンズは、実施例１に係るズームレンズと同様の面が非球面形状となっている。

これに対して、数値実施例８ないし１１のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３内で最も像側にあるレンズ（レンズＬ３５）と、第５レンズ群Ｇ５内の正レンズＬ５１とに加え、第４レンズ群Ｇ４内で最も像側にあるレンズ（レンズＬ４２）の両面が非球面形状となっている。
また、数値実施例８〜１１において、接合レンズの接合面には接着層が含まれている。例えば数値実施例８において、第１レンズ群Ｇ１内の第２面は接着層となっている。

また、数値実施例１３および１４のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３内で最も像側にあるレンズ（レンズＬ３５）と、第５レンズ群Ｇ５内の正レンズＬ５１とに加え、第４レンズ群Ｇ４内で最も物体側にあるレンズ（レンズＬ４１）の両面が非球面形状となっている。

［各実施例のその他の数値データ］
［表４３］には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。［表４３］から分かるように、条件式（１）〜（８）については、各実施例の値がその数値範囲内となっている。

［収差性能］
図１５（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、数値実施例１に係るズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）および倍率色収差を示している。図１６（Ａ）〜（Ｄ）は中間域における同様の各収差を示し、図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図には、波長４６０ｎｍ、波長６１５ｎｍ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。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、数値実施例２に係るズームレンズについての諸収差を図１８（Ａ）〜（Ｄ）（広角端）、図１９（Ａ）〜（Ｄ）（中間域）および図２０（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、数値実施例３ないし１４に係るズームレンズについての諸収差を図２１〜図５６の（Ａ）〜（Ｄ）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、各実施例について、各変倍域で諸収差が良好に補正され、高変倍比でありながら、全体的に小型化の図られたズームレンズが実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、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。

ＧＣ…光学部材、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、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１００…撮像素子。

Claims (13)

1. 物体側から順に、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、負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レンズ群とから構成され、各レンズ群の間隔を変化させることで変倍を行うようになされ、
   以下の条件式を満足する
   ことを特徴とするズームレンズ。
   ０．０５＜｜ｆ４｜／ｆｔ＜０．２５ ……（１）
   ただし、
   ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
   ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
   とする。
2. 前記第２レンズ群が物体側から順に、像側に強い凹面を向けた負レンズと、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、物体側に強い凹面を向けた負レンズとで構成されている
   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４レンズ群が正レンズと負レンズとの２枚のレンズで構成されている
   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. 前記第４レンズ群を光軸方向に移動することによって合焦を行うようになされている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. さらに以下の条件式を満足している
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．４ ＜ｆ１／ｆｔ＜１．３ ……（２）
   ただし、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   とする。
6. さらに以下の条件式を満足している
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．０５＜ｆ３／ｆｔ＜０．２０ ……（３）
   ただし、
   ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
   とする。
7. さらに以下の条件式を満足している
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．０５＜ｆ５／ｆｔ＜０．４ ……（４）
   ただし、
   ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
   とする。
8. 前記第５レンズ群が、１枚の正レンズのみで構成され、その正レンズの少なくとも物体側の面が非球面形状である
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第５レンズ群は、変倍および合焦時に固定の群である
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 前記第１レンズ群が物体側から順に、物体側が凸面の負のメニスカスレンズおよび物体側が凸の正レンズからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとからなり、以下の条件式を満足している
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    １．４７＜Ｎ１２＜１．６５ ……（５）
    ６２．０＜ν１２＜７５．０ ……（６）
    ただし、
    Ｎ１２：前記第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線での屈折率
    ν１２：前記第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線でのアッベ数
    とする。
11. 前記第２レンズ群内で、最も物体側のレンズは以下の条件式を満足している
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ０．６＜（Ｒａ−Ｒｂ）／（Ｒａ＋Ｒｂ）＜１．０ ……（７）
    ただし、
    Ｒａ：前記第２レンズ群内の最も物体側のレンズの物体側の面の曲率半径
    Ｒｂ：前記第２レンズ群内の最も物体側のレンズの像側の面の曲率半径
    とする。
12. さらに以下の条件式を満足している
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ０．０５＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．１０ ……（８）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
    とする。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
    を備えたことを特徴とする撮像装置。

Images