JP4059228B2 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズ及び上記ズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラ等の小型撮像装置に適した、３〜５倍程度の変倍率を実現可能なリアフォーカス式のズームレンズ及び該ズームレンズを用いた撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラは家庭用としても広く普及しているが、これらの小型の撮像装置に対しては、より一層の小型化が求められている。このため、これらに搭載される撮影用レンズ、特にズームレンズに対しても、全長や奥行きの短縮等による小型化が求められている。また、このような撮影用レンズ、特にデジタルスチルカメラ用のものに対しては、撮像素子の高画素数化に対応して、小型化とともにレンズ性能の向上も求められている。

従来の画素数の多い固体撮像素子に対応した結像性能を持ち、全長の短縮を図ったズームレンズとしては、特許文献１に示されたズームレンズのように、物体側より順に、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レンズ群を配列して成る４群ズームレンズが知られている。この特許文献１に示されたズームレンズは、第１レンズ群中に光路を折り曲げるプリズムを配置して、当該ズームレンズへの入射光軸方向での小型化、いわゆる、薄型化を図ったものである。

特開２０００−１３１６１０号公報

ところで、プリズムを用いて光路を折り曲げる光学系を有するズームレンズでは、プリズムの大きさを小型化することで、より一層の小型化、薄型化が可能になる。しかしながら、特許文献１で開示されたズームレンズでは、結像性能を維持するためには、第１レンズ群においてある程度の変倍率が必要となり、第１レンズ群に含まれるレンズの径や厚さをより小さくすることができない。このため、プリズムをより小型化することが困難であり、更なる小型化、薄型化が困難であるという問題があった。

本発明は上記したような課題に鑑みてなされたものであり、光学性能を損なうことなく、プリズム等の光路を折り曲げる光学部材をより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを提供することを課題とする。

また、本発明の他の課題は、光学性能を損なうことなく、プリズム等の光路を折り曲げる光学部材をより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを用いた撮像装置を提供することである。

本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、上記第４レンズ群は、単レンズ１枚により構成され、被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、条件式（１）１．０＜β５＜１．８を満足し、上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成されたものである。

また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置において、上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、上記第４レンズ群は、単レンズ１枚により構成され、被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、条件式（１）１．０＜β５＜１．８を満足し、上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成されたものである。

従って、本発明にあっては、第１レンズ群内に位置した光路を折り曲げる光学部材が小型化する。

本発明ズームレンズは、物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、上記第４レンズ群は、単レンズ１枚により構成され、被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、条件式（１）１．０＜β５＜１．８を満足し、上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成されたことを特徴とする。

また、本発明撮像装置は、物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置において、上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、上記第４レンズ群は、単レンズ１枚により構成され、被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、条件式（１）１．０＜β５＜１．８を満足し、上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成されたことを特徴とする。

従って、本発明にあっては、第１レンズ群は、物体側より負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備することで、ズーミングを行う際の第２及び第４レンズ群の移動方向が、第１レンズ群の後側レンズ群の光軸方向となり、レンズ系が薄型化される。これに加えて、被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５を１．０より大きくすることにより、相対的にそれより物体側のレンズ群、特に第１レンズ群の結像倍率を低下させることができ、第１レンズ群の前側レンズ群および後側レンズ群の有効径をより小さくすることが可能となる。また、第５レンズ群の結像倍率β５を１．８より小さくすることによって、Ｆナンバーを小さくした場合でも、第５レンズ群における球面収差の補正を行うことが出来る。また、第２レンズ群を物体側から像面側に移動させ、第４レンズ群を像面側から物体側に移動させることで、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングを行うことができる。このズームレンズでは、主に第４レンズ群の移動により変倍比を変化させる構造とされていることから、相対的に第２レンズ群のストロークを小さくすることができる。従って、ズーミング時に第４レンズ群が一方向に移動した場合にも、光学系の全長が特に長くなることはない。

請求項２に記載した発明にあっては、上記第１レンズ群において、上記前側レンズ群は、物体側に向かって凸型形状とされた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズから成り、上記光学部材はプリズムから成り、上記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズから成り、上記前側レンズ群を構成するメニスカスレンズのｄ線に対する屈折率をｎｄＬ１、ｄ線を基準としたアッベ数をνｄＬ１としたときに、条件式（２）ｎｄＬ１＞１．８及び（３）νｄＬ１＜３０を満足するので、第１レンズ群の第１レンズ、すなわち、前玉レンズの有効径を小さくして、プリズムをより小型化することが可能になる。

請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、上記第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４として、条件式（４）０．６＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜２．０を満足するので、第２レンズ群や第４レンズ群の有効径を大きくすること無しに、ズーミング時の第２レンズ群のストロークを小さくして、レンズ系全長の更なる小型化が可能になる。

請求項５乃至請求項８に記載した発明にあっては、上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成したので、温度変化に比較的敏感なプラスチックレンズを使用して安価な構成とした場合でも、温度変化による特性の変化をプラスチック製負レンズとプラスチック製正レンズとの間でキャンセルすることによって、所望の性能を維持することができる。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは、物体側より順に、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、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成り、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されされている。

そして、上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、上記第４レンズ群は、単レンズ1枚により構成されている。

そして、被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、以下の条件式（１）を満足する。

（１）１．0＜β５＜１．８
このような本発明ズームレンズにあっては、第１レンズ群中の光学部材により、光路を折り曲げるので、ズーミングを行う際の第２レンズ群及び第４レンズ群の移動方向が第１レンズ群より後側の光軸方向となるため、奥行、すなわち、第１レンズ群の前側レンズ群の光軸方向の大きさを小さくすることができる。

上記条件式（１）は被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５を規定するものである。β５を１．０より大きくすることで、相対的にそれより物体側のレンズ群、特に第１レンズ群の結像倍率を低下させることができ、それによって、第１レンズ群の前側レンズ群及び後側レンズ群の有効径を小さくすることが可能になる。第１レンズ群の前側レンズ群及び後側レンズ群の有効径を小さくすることによって、光路折曲用の光学部材、例えば、プリズムも小さくすることが可能になり、これによって、薄型化と小型化が達成できる。

但し、第５レンズ群の結像倍率β５が１．８より大きくなると、Ｆナンバーを小さくするように設計した場合に、第５レンズ群における球面収差を十分補正することが不可能となり、また、第５レンズ群の射出瞳が像面ＩＭＧに近くなって、撮像素子に入射する光の角度が垂直から大きくはずれてしまうため、シェーディング等が発生して、結像性能が悪化する。。

逆に、結像倍率β５が条件式（１）の下限値を下回ると、特に、第１レンズ群の前側レンズ群の有効径を小さくすることが困難になる。

上記第１レンズ群において、上記前側レンズ群は、物体側に向かって凸型形状とされた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズから成り、上記光学部材はプリズムから成り、上記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズから成るように構成することが好ましい。第１レンズ群をこのように構成することにより、前側レンズ群の有効径をさらに小さくし、光路折曲用光学部材をより小型化することが可能となる。この場合、上記前側レンズ群を構成するメニスカスレンズのｄ線に対する屈折率をｎｄＬ１、ｄ線を基準としたアッベ数をνｄＬ１としたときに、以下の条件式（２）及び（３）を満足することが好ましい。。

（２）ｎｄＬ１＞１．８
（３）νｄＬ１＜３０
ここで、条件式（２）の条件を満足することにより、第１レンズ群における球面収差の補正を容易に行うことが可能となる。また、条件式（３）の条件を満足することにより、第１レンズ群における色収差補正を容易に行うことが可能となる。

ところで、本発明ズームレンズでは、上記したように、第５レンズ群の結像倍率が比較的大きくされていることから、短焦点距離端から長焦点距離端に対してズーミングを行う際に、移動する各レンズ群の移動方向を一方向とすることができる。具体的には、第２レンズ群を物体側から像面側に移動させ、第４レンズ群を像面側から物体側に移動させることで、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングを行うことができる。このズームレンズでは、主に第４レンズ群の移動により変倍比を変化させる構造とされていることから、相対的に第２レンズ群のストロークを小さくすることができる。従って、ズーミング時に第４レンズ群が一方向に移動した場合にも、光学系の全長が特に長くなることはない。

ズーミング時の第２レンズ群及び第４レンズ群の各ストロークの間には、第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４として、以下の条件式（４）の条件が成立するように構成されることが望ましい。

（４）０．６＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜２．０
上記条件式（４）の下限値を下回ると、第４レンズ群の有効径を大きくする必要が生じ、レンズ系全体の厚さが増してしまう。また、条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群および第２レンズ群の有効径を大きくする必要が生じ、同様にレンズ系全体の厚さが増してしまう。

さらに、本発明ズームレンズにあっては、上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成することが好ましい。このように構成することにより、温度変化に比較的敏感なプラスチックレンズを使用してレンズ系全体を安価な構成とした場合でも、温度変化による特性の変化をプラスチック製負レンズとプラスチック製正レンズとの間でキャンセルすることによって、所望の性能を維持することができる。

さらにまた、本発明ズームレンズにおいて、適宜に非球面を使用することにより、各種収差の補正が容易になり、さらに高い結像性能を発揮することができる。特に、第１レンズ群を構成するレンズの少なくとも一つの面を非球面で構成することは有効である。

次に、本発明ズームレンズの実施の形態及び実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について説明する。

図１乃至図４は本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものである。そして、図１は第１の実施の形態にかかるズームレンズ１のレンズ構成を示す図である。このズームレンズ１は、例えば、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像レンズとして用いられる。

ズームレンズ１は、物体側から像面ＩＭＧ側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配置されている。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５の像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタ等のローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとが配置されている。像面ＩＭＧは、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。

このズームレンズ１は、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングを行うときには、第２レンズ群ＧＲ２を物体側から像面ＩＭＧ側に、第４レンズ群ＧＲ４を像面ＩＭＧ側から物体側にそれぞれ移動させる。また、このズームレンズ１はいわゆるリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群ＧＲ４又は第５レンズ群ＧＲ５を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能となっている。

さらに、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する１枚のレンズＬ１と、光路を折り曲げるためのプリズムＰと、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ２によって構成されている。従って、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向は、最も物体側のレンズＬ１の光軸方向とは異なり、レンズＬ２の光軸方向とされる。なお、本実施の形態では、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状としたプラスチックによる非球面レンズにて構成している。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順にレンズＬ３、Ｌ４及びＬ５の３枚のレンズが配列されて構成され、そのうちレンズＬ４とレンズＬ５との間のレンズ面が接合されている。また、第３レンズ群ＧＲ３は、１枚のレンズＬ６によって構成されている。また、第４レンズ群ＧＲ４は、１枚のレンズＬ７によって構成されている。また、第５レンズ群ＧＲ５は、２枚のレンズＬ８及びＬ９によって構成され、レンズＬ８とレンズＬ９との間のレンズ面が接合されている。

表１に、上記第１の実施の形態にかかるズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１の各数値を示す。なお、表において、「ｓｉ」はレンズＬ１〜Ｌ１０、プリズムＰ、アイリス（開口絞り）ＩＲ、フィルタＦＬ及びカバーガラスＣＧの中心軸における光の入射面及び出射面のうち物体側からｉ番目の面を、「ｒｉ」は物体側からｉ番面の面の曲率半径を、「ｄｉ」は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番面の面との間の面間隔を、「ｎｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、「νｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示すものである。また、「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、「ＡＳＰ］は当該面が非球面であることを示す。なお、上記各面のうち接合面は同一の面番号で示してある。

ズームレンズ１において、ズーミング中、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔ｄ１１、アイリスＩＲと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１４及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１６は可変である。そこで、数値実施例１における上記各面間隔ｄ６、ｄ１１、ｄ１４及びｄ１６の短焦点距離端、短焦点距離端と長焦点距離端との間の中間焦点距離及び長焦点距離端における各値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ω（度）と共に表２に示す。

ズームレンズ１において、レンズＬ２の両面（ｓ５及びｓ６）、レンズＬ６の物体側の面（ｓ１２）、及びレンズＬ７の像側の面（ｓ１６）が、それぞれ非球面によって構成されている。非球面の形状は、以下の数１式によって表される。

なお、各レンズ面の頂点からの光軸方向の距離をｘ、頂点でのレンズの曲率半径をｒ、円錐定数をκとする。また、４次、６次、８次および１０次の非球面係数をそれぞれＣ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０とする。表３に、数値実施例１における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ１２及びｓ１６の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共にに示す。なお、上記の表３（後述する表６及び表９でも同様）中の"Ｅ"は、１０を底とする指数表現を意味している。

この数値実施例１のように、第１レンズ群ＧＲ１が具備するレンズのうち少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることにより、歪曲収差が補正されると共に、レンズＬ１の有効径を小さくして、プリズムＰを小型化することが可能となる。また、第５レンズ群ＧＲ５において、レンズＬ９とレンズＬ１０との接合面が物体側に凸型の形状とされていることにより、色収差が補正されるとともに、レンズ性能悪化に対する第５レンズ群ＧＲ５の敏感度を低減することができる。なお、接合レンズを用いることにより、当該レンズ群内での偏心による像面の乱れを小さくするとともに、製造を容易にすることができる。

図２乃至図４は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における各種収差を示すグラフである。

ここで、各図の（Ａ）は球面収差を示しており、縦軸が開放Ｆ値との割合、横軸がフォーカス量を示している。また、実線はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（６５６．３ｎｍ）での球面収差をそれぞれ示している。また、各図の（Ｂ）は非点収差を示しており、縦軸が像高、横軸がフォーカス量を示し、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面における値を示している。さらに、各図の（Ｃ）は歪曲収差を示しており、縦軸が像高、横軸が割合（％）を示している。（なお、後述する図６乃至図８及び図１０乃至図１２でも同様である。）。

図５乃至図８は本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものである。そして、図５は第２の実施の形態にかかるズームレンズ２のレンズ構成を示す図である。このズームレンズ２も、例えば、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像レンズとして用いられる
ズームレンズ２は、物体側から像面ＩＭＧ側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配置されている。また、第３レンズ群ＧＲ３の物体側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５の像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタ等のローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。

このズームレンズ１は、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングを行うときには、第２レンズ群ＧＲ２を物体側から像面ＩＭＧ側に、第４レンズ群ＧＲ４を像面ＩＭＧ側から物体側にそれぞれ移動させる。また、このズームレンズ１はいわゆるリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群ＧＲ４又は第５レンズ群ＧＲ５を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能となっている。

さらに、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する１枚のレンズＬ１と、光路を折り曲げるためのプリズムＰと、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ２によって構成されている。従って、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向は、最も物体側のレンズＬ１の光軸方向とは異なり、レンズＬ２の光軸方向とされる。なお、本実施の形態では、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状とした両面非球面レンズにて構成している。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順にレンズＬ３、Ｌ４及びＬ５の３枚のレンズが配列されて構成され、そのうちレンズＬ４とレンズＬ５との間のレンズ面が接合されている。また、第３レンズ群ＧＲ３は、１枚のレンズＬ６によって構成されている。また、第４レンズ群ＧＲ４は、１枚のレンズＬ７によって構成されている。また、第５レンズ群ＧＲ５は、２枚のレンズＬ８及びＬ９によって構成され、レンズＬ８とレンズＬ９との間のレンズ面が接合されている。そして、レンズＬ６は物体側の面が非球面で構成されたプラスチックレンズとされ、レンズＬ７は像側の面が非球面で構成されたプラスチックレンズとされている。

表４に、上記第２の実施の形態にかかるズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２の各数値を示す。

ズームレンズ２において、ズーミング中、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２とアイリスＩＲとの間の面間隔ｄ１１、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１４及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１６は可変である。そこで、数値実施例２における上記各面間隔ｄ６、ｄ１１、ｄ１４及びｄ１６の短焦点距離端、短焦点距離端と長焦点距離端との間の中間焦点距離及び長焦点距離端における各値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ω（度）と共に表５に示す。

ズームレンズ２において、レンズＬ２の両面（ｓ５及びｓ６）、レンズＬ６の物体側の面（ｓ１３）及びレンズＬ７の像側の面（ｓ１６）が、それぞれ非球面によって構成されている。そこで、表６に、数値実施例２における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ１３及びｓ１６の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共にに示す。

数値実施例２では、数値実施例１と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（ｓ５及びｓ６）が非球面とされたことにより、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰが小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５に用いられた接合レンズ（レンズＬ９及びレンズＬ１０）の接合面が物体側に凸型の形状とされることにより、色収差が良好に補正される。

図６乃至図８は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における各種収差を示すグラフである。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。

図９乃至図１２は本発明ズームレンズの第３の実施の形態を示すものである。そして、図９は第３の実施の形態にかかるズームレンズ３のレンズ構成を示す図である。このズームレンズ３も、例えば、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像レンズとして用いられる
ズームレンズ３は、物体側から像面ＩＭＧ側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配置されている。また、第３レンズ群ＧＲ３の物体側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５の像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタ等のローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。

このズームレンズ３は、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングを行うときには、第２レンズ群ＧＲ２を物体側から像面ＩＭＧ側に、第４レンズ群ＧＲ４を像面ＩＭＧ側から物体側にそれぞれ移動させる。また、このズームレンズ３はいわゆるリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群ＧＲ４又は第５レンズ群ＧＲ５を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能となっている。

さらに、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する１枚のレンズＬ１と、光路を折り曲げるためのプリズムＰと、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ２によって構成されている。従って、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向は、最も物体側のレンズＬ１の光軸方向とは異なり、レンズＬ２の光軸方向とされる。なお、本実施の形態では、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状とした両面非球面レンズにて構成している。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順にレンズＬ３、Ｌ４が配列されて構成されている。また、第３レンズ群ＧＲ３は、１枚のレンズＬ５によって構成されている。また、第４レンズ群ＧＲ４は、１枚のレンズＬ６によって構成されている。また、第５レンズ群ＧＲ５は、２枚のレンズＬ７及びＬ８によって構成され、レンズＬ７とレンズＬ８との間のレンズ面が接合されている。そして、レンズＬ３は両面が非球面とされたプラスチックレンズとされ、レンズＬ５は物体側の面が非球面で構成されたプラスチックレンズとされ、レンズＬ６は像側の面が非球面で構成されたプラスチックレンズとされている。

表７に、上記第３の実施の形態にかかるズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３の各数値を示す。

ズームレンズ３において、ズーミング中、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２とアイリスＩＲとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１３及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１５は可変である。そこで、数値実施例３における上記各面間隔ｄ６、ｄ１０、ｄ１３及びｄ１５の短焦点距離端、短焦点距離端と長焦点距離端との間の中間焦点距離及び長焦点距離端における各値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ω（度）と共に表８に示す。

ズームレンズ３において、レンズＬ２の両面（ｓ５及びｓ６）、レンズＬ３の両面（ｓ７、ｓ８）、レンズＬ５の物体側の面（ｓ１２）及びレンズＬ６の像側の面（ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。そこで、表９に、数値実施例３における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ１２及びｓ１５の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共に表９に示す。

この数値実施例３では、数値実施例１と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（ｓ５及びｓ６）が非球面とされ、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰが小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５では、接合レンズ（レンズＬ７及びレンズＬ８）の接合面が物体側に凸型の形状とされ、色収差が補正されている。

また、レンズL３、レンズL５及びびレンズL６は、プラスチックの成型品にて構成され、少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも１枚の正レンズを、共にプラスチックにすることで、温度変化による特性の変化をキャンセルし、より効果を発揮することができる。

図１０乃至図１２は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における各種収差を示すグラフである。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。

表１０に上記数値実施例１〜３における上記各条件式対応値を示す。

次に、上記ズームレンズを用いた撮像装置の例について説明する。図１４は、本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。

図１４に示すデジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ６０と、ユーザによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。

カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１（上記ズームレンズ１乃至３を使用することができる）を含む光学系や、ＣＣＤ等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。

メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。

入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。

以下、このデジタルスチルカメラの動作を簡単に説明する。

撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。

そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズを移動させることにより行われる。

また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。

図１３では、図中左側に被写体が存在する場合のデジタルスチルカメラの内部を示している。ズームレンズ１１は、カメラ筐体９０の内部に収納されており、その下部に撮像素子１２が設けられる。また、ＬＣＤ４０は、被写体と対向する側のカメラ筐体９０面に設けられ、撮影時に画角を合わせるために使用される。

本発明のズームレンズは、被写体からの光の光軸をプリズムによって折り曲げ、さらにその折り曲げた方向（図中の上下方向）に沿って所定のレンズを移動させることでズーミングやフォーカシングを行うことが可能となっている。従って、ズームレンズ１１をカメラ筐体９０から突出させずに撮影を行うことが可能で、撮影時のカメラ本体の奥行きが短縮される。これに加えて、上述した条件を満足するようにズームレンズ１１が設計されることにより、カメラ筐体９０のさらなる薄型化、および上下方向の小型化が可能となり、小型でありながら、３〜５倍程度のズーミングが可能で、かつ、各種焦点距離において収差の少ない高画質な撮像画像を得ることが可能である。

また、構成される各ズーム群の全体または一部を光軸と垂直方向に動かすことにより、手ぶれによる像の移動を補正することも可能である。

なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。

その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、小型化と高性能を要求される撮像装置に適用して好適である。

図２乃至図４と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 図３及び図４と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、本図は短焦点距離端におけるこれら収差を示すものである。 短焦点距離端と長焦点距離端との中間焦点距離における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 長焦点距離端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図６乃至図８と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 図７及び図８と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、本図は短焦点距離端におけるこれら収差を示すものである。 短焦点距離端と長焦点距離端との中間焦点距離における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 長焦点距離端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図１０乃至図１２と共に本発明ズームレンズの第３の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 図１１及び図１２と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図であり、本図は短焦点距離端におけるこれら収差を示すものである。 短焦点距離端と長焦点距離端との中間焦点距離における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 長焦点距離端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図１４と共に本発明撮像装置の実施の形態を示すものであり、本図はカメラ筐体内への配置構造の例を示す図である。 構成ブロック図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群、Ｌ１…第１レンズ群の前側レンズ群、Ｐ…プリズム（光路を折り曲げる光学部材）、Ｌ２…第１レンズ群の後側レンズ群、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１２…撮像素子

Claims (9)

1. 物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、
   上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
   上記第４レンズ群は、単レンズ１枚により構成され、
   被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、以下の条件式（１）を満足し、
   （１）１．０＜β５＜１．８
   上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成された
   ことを特徴とするズームレンズ。
2. 上記第１レンズ群において、上記前側レンズ群は、物体側に向かって凸型形状とされた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズから成り、上記光学部材はプリズムから成り、上記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズから成り、
   上記前側レンズ群を構成するメニスカスレンズのｄ線に対する屈折率をｎｄＬ１、ｄ線を基準としたアッベ数をνｄＬ１としたときに、以下の条件式（２）及び（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   （２）ｎｄＬ１＞１．８
   （３）νｄＬ１＜３０
3. 上記第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４として、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   （４）０．６＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜２．０
4. 上記第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４として、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
   
   （４）０．６＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜２．０
5. 上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
6. 上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成した
   ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
7. 上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成した
   ことを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
8. 上記第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズと、上記第３レンズ群及び上記第４レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズをプラスチックレンズで構成した
   ことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
9. 物体側より順に配列された、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、負の屈折力を有する第５レンズ群を具備し、上記第２レンズ群及び上記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置において、
   上記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
   上記第４レンズ群は、単レンズ1枚により構成され、
   被写体距離が無限遠での上記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、全ての変倍領域において、以下の条件式（１）を満足し、
   （１）１．０＜β５＜１．８
   上記第２レンズ群を物体側から像側へ移動させ、上記第４レンズ群を像側から物体側へ移動させることにより、短焦点距離側から長焦点距離側にズーミングを行うように構成された
   ことを特徴とする撮像装置。

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