JP2007322804A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型高画質で、高倍率なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置の提供。
【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群ＧＲ４と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群ＧＲ５とを配列して構成し、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足するズームレンズ１Ａ。（１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２（２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２但し、ｆ４を第４レンズ群の焦点距離、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離、β５を第５レンズ群の横倍率とする。
【選択図】図１

Description

本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、小型で高性能であり且つ高変倍率のズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。
近年、民生用ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ等の小型撮像装置は家庭用としても広く普及している。これら小型の撮像装置に対しては、携帯性を重視した小型化や高画質化が常に求めらている。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及びレンズ性能の向上が要求される。さらに、近年では特に高倍率化に対する要求も高く、小型化、高画質化、高倍率化の要求を満たすための設計難易度も非常に高くなってきている。
このような中、例えば、特許文献１では、物体側から順に、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レンズ群及び略ゼロの屈折力を有する第５レンズ群を配置して構成し、前記第３レンズ群は凸レンズと凹レンズとの接合レンズで構成され、第５レンズ群は凹レンズと凸レンズとの接合レンズで構成されたズームレンズが開示されている。このような構成により、光学１０倍という高倍率化を実現している。
さらに、特許文献２では、物体側から順に、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レンズ群及び正の屈折力を有する第５レンズ群を配置して構成し、前記第５レンズ群は球面または平面で構成されたレンズ面を有するように構成されたズームレンズが開示されている。このような構成により、光学２５倍という高倍率化を実現している。
特開２０００−８９１１１号公報 特開２００１−３３６９４号公報
しかしながら、前記したような従来のビデオカメラ用ズームレンズにあっては、特に高倍率化を行うに伴い、以下に示すような問題点があった。
従来のズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミング全領域に亘り、無限遠の物体距離に対して、良好な光学性能を実現するように設計が成されている。小型化、高倍率化等を伴いながらも、所望の光学性能が満たされるよう、レンズ構成が決定される。
前記特許文献１や特許文献２に示されたズームレンズでは、レンズ構成を５群構成とすることにより、高倍率化を実現しつつ、所望の良好な光学性能を満たすことが可能となっている。
しかし、高倍率化に従い、特に倍率が高くなる望遠側において、物体距離が変動したときの像面湾曲の変動が無視出来ない量となってくる。これは、例えば、望遠端において、物体距離が近づくにつれて画像の周辺部が徐々にボケるような状態になる。また、この課題は当然ながら像高が高くなるほど、つまりＣＣＤ（Charge Coupled Device）等のイメージャサイズが大きくなるほど像面湾曲の量も大きくなり、画質に対する影響の度合いが増してくる。そこで、イメージャサイズの増大を伴う高画素化に対しても、物体距離の変動を抑えようとすると、例えば、小型化を満足することが出来なくなるなどの問題点が生じることになる。具体的には、物体距離が近づくにつれて、像面湾曲がアンダー側に倒れていくことになる。これにより、画像周辺部のピントがずれてボケた映像となる。物体距離が急激に変化するような被写体を撮影した場合には、画像周辺部のボケ方も急激に変化し良くない。
特許文献１や特許文献２に示されたズームレンズでは、光学系全系の像面湾曲と、物体距離の変動による像面湾曲の変動の補正に効果のある第４レンズ群及び第５レンズ群のどちらか一方は、球面あるいは平面のみで構成されていたり、各レンズ群の屈折力の配分が適切でなかったりしたため、十分な補正がなされていなかった。特に、高倍率化、高画素化するほどに影響は顕著となるため、小型で高倍率なズームレンズを実現する上で大きな課題となっていた。
本発明は、前記した問題点に鑑み、民生用ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ等の小型撮像装置に適したズームレンズにおいて、小型で高画質、且つ、高倍率なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成したズームレンズにおいて、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
（２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
但し、
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
β５：第５レンズ群の横倍率
とする。
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズにより形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備え、前記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成し、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
（２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
本発明にあっては、小型で高画質、且つ、高倍率を達成する。
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図面及び表を参照して説明する。
先ず、本発明ズームレンズについて説明する。
本発明ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成したズームレンズにおいて、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
（２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
但し、
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
β５：第５レンズ群の横倍率
とする。
上記構成により、小型で高画質、且つ、高倍率を達成する。
すなわち、第４レンズ群の焦点距離ｆ４と第５レンズ群の焦点距離ｆ５との比率、パワー（屈折力）比を適切に設定することにより、望遠側における射出瞳位置をコントロールし、出力画像の良好な周辺光量比（シェーディング）を得ることが可能となり、また広角側あるいは望遠側における球面収差及びコマ収差を補正し、良好な解像度を得ることが可能となる。さらには、第５レンズ群の横倍率を適切に設定することにより、広角端から中間焦点距離付近のズーミング領域にかけての球面収差及びコマ収差を補正し、良好な解像度を得ることが可能となり、また望遠側における射出瞳位置をコントロールし、出力画像の良好な周辺光量比（シェーディング）を得たり、広角端から望遠端に亘り球面収差及びコマ収差を補正し、良好な解像度を得ることが可能となる。
前記条件式（１）は、第４レンズ群の焦点距離ｆ４と第５レンズ群の焦点距離ｆ５との比率、つまりパワー（屈折力）比を適切に設定するためのものである。
｜ｆ４／ｆ５｜の値が上限値を越えると、第５レンズ群の屈折力が強くなり過ぎて、望遠側における射出瞳位置が像面に非常に近くなる。このため、ＣＣＤやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)といったイメージャの構造的な問題も影響し、出力画像の周辺光量比（シェーディング）が悪化してしまうことになる。また、広角側あるいは望遠側における球面収差及びコマ収差が劣化し、解像度が低下してしまう。
前記条件式（２）は、第５レンズ群の横倍率β５を適切に設定するためのものである。
β５の値が上限値を越えると、第４レンズ群の屈折力が強くなり過ぎて、広角端から中間焦点距離付近のズーミング領域にかけて、球面収差及びコマ収差が劣化し解像度が低下してしまう。逆に、β５の値が下限値を越えると、第４レンズ群の屈折力が弱くなり、また、第５レンズ群の屈折力が強くなり過ぎるため、望遠側における射出瞳位置が像面に非常に近くなり、出力画像の周辺光量比（シェーディング）が悪化してしまう。また、広角端から望遠端に亘り球面収差及びコマ収差も増大し、解像度の劣化も伴う。
本発明の一実施形態によるズームレンズは、前記第３レンズ群は正の屈折力を有する１枚の単レンズで構成され、前記第４レンズ群は正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズの３枚接合レンズで構成されることが好ましい。
第３レンズ群以降の後群における色消し効果を担うための、第４レンズ群内に配置した凹レンズの屈折力は、色消し条件から決定されるものであるが、この凹レンズの前後にそれぞれ凸レンズを接合することによって、凹レンズの曲率半径の取り得る自由度を大きくすることが可能となり、凹レンズの各面から発生する収差を小さく抑えることが出来る。また、レンズを接合することにより、組立て時において発生する偏芯等の誤差要因を少なくすることになり、製造過程での光学性能の低下を抑え、製造工程の簡易化が可能となる。これらのことにより、小型で高画質、且つ、高倍率なズームレンズの製造が可能になる。
本発明の一実施形態によるズームレンズは、前記第５レンズ群の非球面形状が、ＭＴａを望遠端での最大像高におけるメリディオナル方向の像面湾曲、ＭＴｓを第５レンズ群内に構成された非球面をその近軸球面に置き換えた時の望遠端での最大像高におけるメリディオナル方向の像面湾曲、ＳＴａを望遠端での開放絞り時における球面収差、ＳＴｓを第５レンズ群内に構成された非球面をその近軸球面に置き換えた時の望遠端での開放絞り時における球面収差として、以下の条件式（３）及び（４）を満足することが好ましい。
（３）｜ＭＴａ／ＭＴｓ｜ ＜ １．０
（４）｜（ＳＴａ−ＳＴｓ）／ＳＴａ｜ ＜ １．０
これによって、第４レンズ群と第５レンズ群のパワー（屈折力）比を適切に設定し、第５レンズ群内に構成された非球面形状を適切に設定することにより、第５レンズ群内に構成された非球面が光学系全系の像面湾曲補正の役割を分担し、第４レンズ群内に構成された非球面は、物体距離が変動することによる像面湾曲の変動を低減させる役割を分担し、小型で高画質、且つ高倍率なズームレンズを達成することが出来る。。
条件式（３）は、第５レンズ群内に構成された非球面の形状を適切に設定するためのものである。
｜ＭＴａ／ＭＴｓ｜の値が上限を超えると非球面による像面湾曲の補正効果が弱くなり、物体距離が変動したときの像面湾曲の変動を抑えきうことができず、画像への影響が無視出来なくなる。
条件式（４）は、第５レンズ群内に構成された非球面の形状を適切に設定するための、もう一つの条件である。
｜ＳＴａ／ＳＴｓ｜の値が上限を超えると非球面効果による屈折力が強くなり過ぎて、望遠側における球面収差の劣化に伴う画面中心部の解像度が低下してしまったり、広角端から望遠端に亘り画面周辺部のコマ収差が劣化し、ズーミングの広い範囲で解像度が低下してしまう。
次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。
なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、「 Ｘ ｉ 」を i 番目の面における非球面の光軸方向の座標、「 Ｃ i 」を i 番目の面における近軸曲率（曲率半径の逆数）、「 Ｙ 」を光軸からの距離とすると、、次の数１式によって定義されるものとする。
Figure 2007322804
ここで、Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０は、各次数（４次、６次、８次及び１０次）の非球面係数である。
第１乃至第３の実施の形態におけるズームレンズ１Ａ（図１）、１Ｂ（図９）及び１Ｃ（図１７）は、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有し、その位置が光軸方向に移動することによって変倍による焦点位置の変動を補正すると共に、フォーカシングを行う第４レンズ群ＧＲ４、位置が常時固定とされた単レンズで構成された第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成されている。また、前記第３レンズ群ＧＲ３、前記第４レンズ群ＧＲ４及び前記第５レンズ群ＧＲ５の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成されている。
以下に、各実施形態における細部について説明する。
第１の実施の形態にかかるズームレンズ１Ａは、図１に示すように、トータル１１枚のレンズによって構成されている。
第１レンズ群ＧＲ１は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ１乃至Ｌ３の３枚のレンズによって構成される。なお、レンズＬ１とレンズＬ２とは、それぞれレンズＬ１の像面側とレンズＬ２の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ２を有する接合レンズを構成している。
第２レンズ群ＧＲ２は、全体として負の屈折力を有し、レンズＬ４乃至Ｌ６の３枚のレンズによって構成される。そして、第２レンズ群ＧＲ２は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、主として変倍を行うようになっている。なお、レンズＬ５とレンズＬ６とは、それぞれレンズＬ５の像面側とレンズＬ６の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ９を有する接合レンズを構成している。
第３レンズ群ＧＲ３は、正の屈折力を有するレンズＬ７の単レンズで構成され、レンズＬ７は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。またレンズＬ７は両面Ｒ１２、Ｒ１３共に非球面形状によって構成されている。
第４レンズ群ＧＲ４は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ８乃至Ｌ１０の３枚のレンズによって構成される。そして第４レンズ群ＧＲ４は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、変倍による像位置の変動を補正すると共にフォーカシングを行うようにされている。なお、レンズＬ８、レンズＬ９及びレンズＬ１０はそれぞれ像面側と物体側を向いた同じ曲率半径を有する面が接合されて、それぞれ接合面Ｒ１５及びＲ１６を有する３枚接合レンズを構成している。また、最も物体側に位置したレンズＬ８の入射面Ｒ１４は、非球面形状によって構成されている。
第５レンズ群ＧＲ５は、正の屈折力を有するレンズＬ１１の単レンズで構成され、レンズＬ１１は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。また、レンズＬ１１は、像面側の面Ｒ１９が非球面形状によって構成されている。
なお、前記第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＲ（絞り面Ｒ１１）が、第５レンズ群ＧＲ５と像面（撮像面）ＩＭＧとの間にはフィルタＦＬが、それぞれ配設されている。
第１の実施の形態にかかるズームレンズ１Ａに具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを表１に示す。なお、表１及び以下のレンズデータを示す表において、「Ｒｉ」は物体側から数えてｉ番目の面（第ｉ面）及びその曲率半径を、「Ｄｉ」は物体側から数えてｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔（レンズ中心厚あるいは空気間隔）を、「Ｎｉ」は第ｉレンズを構成する材質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率を、「νｉ」は第ｉレンズ（Ｌｉ）を構成する材質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）におけるアッベ数を、それぞれ示す。さらに、後述するフィルタの面間隔、屈折率及びアッベ数はそれぞれ、「ＤＦＬ」、「ＮＦＬ」及び「νＦＬ」とする。また、曲率半径「Ｒｉ」に関し「∞」は当該面が平面であることを、面間隔「Ｄｉ」に関し「Variable」は当該面間隔が可変間隔であることを、それぞれ示す。
Figure 2007322804
広角端から望遠端へとレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と絞り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Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例１における上記各面間隔Ｄ５、Ｄ１０、Ｄ１３及びＤ１７の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝４．８４）、及び望遠端（ｆ＝２３．４５）における、物体距離が無限遠のときの各値を表２に、また、物体距離が２ｍのときの各値を表３に示す。
Figure 2007322804
Figure 2007322804
第３レンズ群ＧＲ３を構成する単レンズＬ７の両面Ｒ１２、Ｒ１３、第４レンズ群ＧＲ４の最も物体側の面Ｒ１４及び第５レンズ群ＧＲ５を構成する単レンズＬ１１の像側の面Ｒ１９は非球面によって構成されている。そこで、数値実施例１における上記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を表４に示す。なお、表４及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
Figure 2007322804
表５に数値実施例１の、前記条件式（１）乃至（４）の各値、レンズ全系の焦点距離「ｆ」、第４レンズ群ＧＲ４の焦点距離「ｆ４」、第５レンズ群ＧＲ５の焦点距離「ｆ５」、開放Ｆ値「ＦＮｏ．」、画角「２ω」の各値を示す。
Figure 2007322804
図２乃至図４に物体距離無限遠における数値実施例１の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝４．８４）及び望遠端（ｆ＝２３．４５）での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。また、図５乃至図７に物体距離２ｍにおける数値実施例１の広角端、中間焦点距離及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。さらに、図８に物体距離無限遠における数値実施例１の第５レンズ群ＧＲ５内に構成された非球面Ｒ１９を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
なお、前記球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）における値をそれぞれ示す。また非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値をそれぞれ示すものである。
第２の実施の形態にかかるズームレンズ１Ｂは、図９に示すように、トータル１１枚のレンズによって構成されている。
第１レンズ群ＧＲ１は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ１乃至Ｌ３の３枚のレンズによって構成される。なお、レンズＬ１とレンズＬ２とは、それぞれレンズＬ１の像面側とレンズＬ２の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ２を有する接合レンズを構成している。
第２レンズ群ＧＲ２は、全体として負の屈折力を有し、レンズＬ４乃至Ｌ６の３枚のレンズによって構成される。そして、第２レンズ群ＧＲ２は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、主として変倍を行うようになっている。なお、レンズＬ５とレンズＬ６とは、それぞれレンズＬ５の像面側とレンズＬ６の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ９を有する接合レンズを構成している。
第３レンズ群ＧＲ３は、正の屈折力を有するレンズＬ７の単レンズで構成され、レンズＬ７は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。またレンズＬ７は、両面Ｒ１２、Ｒ１３共に非球面形状によって構成されている。
第４レンズ群ＧＲ４は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ８乃至Ｌ１０の３枚のレンズによって構成される。そして、第４レンズ群ＧＲ４は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、変倍による像位置の変動を補正すると共にフォーカシングを行うようにされている。なお、レンズＬ８、レンズＬ９及びレンズＬ１０は、それぞれ像面側と物体側を向いた同じ曲率半径を有する面とが接合されて、それぞれ接合面Ｒ１５及びＲ１６を有する３枚接合レンズを構成している。また、最も物体側であるレンズＬ８の入射面Ｒ１４と、最も像面側であるレンズＬ１０の射出面Ｒ１７は、ともに非球面形状によって構成されている。
第５レンズ群ＧＲ５は、正の屈折力を有するレンズＬ１１の単レンズで構成され、レンズＬ１１は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。また、レンズＬ１１は像面側の面Ｒ１９が非球面形状によって構成されている。
なお、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＲ（絞り面Ｒ１１）が、第５レンズ群ＧＲ５と像面（撮像面）ＩＭＧとの間にはフィルタＦＬが、それぞれ配設されている。
第２の実施の形態にかかるズームレンズ１Ｂに具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを表６に示す。
Figure 2007322804
広角端から望遠端へとレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と絞り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Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例２における上記各面間隔Ｄ５、Ｄ１０、Ｄ１３及びＤ１７の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝４．８４）及び望遠端（ｆ＝２３．４２）における、物体距離が無限遠のときの各値を表７に、また、物体距離が２ｍのときの各値を表８に示す。
Figure 2007322804
Figure 2007322804
第３レンズ群ＧＲ３を構成する単レンズＬ７の両面Ｒ１２、Ｒ１３、第４レンズ群ＧＲ４の最も物体側の面Ｒ１４及び最も像側の面Ｒ１７並びに第５レンズ群ＧＲ５を構成する単レンズＬ１１の像側の面Ｒ１９は非球面によって構成されている。そこで、数値実施例２における上記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を表９に示す。
Figure 2007322804
表１０に数値実施例２の、前記条件式（１）乃至（４）の各値、レンズ全系の焦点距離「ｆ」、第４レンズ群ＧＲ４の焦点距離「ｆ４」、第５レンズ群ＧＲ５の焦点距離「ｆ５」、開放Ｆ値「ＦＮｏ．」、画角「２ω」の各値を示す。
Figure 2007322804
図１０乃至図１２に物体距離無限遠における数値実施例２の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝４．８４）及び望遠端（ｆ＝２３．４２）での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。また、図１３乃至図１５に物体距離２ｍにおける数値実施例２の広角端、中間焦点距離及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。さらに、図１６に物体距離無限遠における数値実施例２の第５レンズ群ＧＲ５内に構成された非球面Ｒ１９を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
なお、前記球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）における値をそれぞれ示す。また非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値をそれぞれ示すものである。
第３の実施の形態にかかるズームレンズ１Ｃは、図１７に示すように、トータル１１枚のレンズによって構成されている。
第１レンズ群ＧＲ１は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ１乃至Ｌ３の３枚のレンズによって構成される。なお、レンズＬ１とレンズＬ２とは、それぞれレンズＬ１の像面側とレンズＬ２の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ２を有する接合レンズを構成している。
第２レンズ群ＧＲ２は、全体として負の屈折力を有し、レンズＬ４乃至Ｌ６の３枚のレンズによって構成される。そして第２レンズ群ＧＲ２は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、主として変倍を行うようになっている。なお、レンズＬ５とレンズＬ６とは、それぞれレンズＬ５の像面側とレンズＬ６の物体側を向いた同じ曲率半径を有する凹面と凸面とが接合されて接合面Ｒ９を有する接合レンズを構成している。
第３レンズ群ＧＲ３は、正の屈折力を有するレンズＬ７の単レンズで構成され、レンズＬ７は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。また、レンズＬ７は、物体側の面Ｒ１２が非球面形状によって構成されている。
第４レンズ群ＧＲ４は、全体として正の屈折力を有し、レンズＬ８乃至Ｌ１０の３枚のレンズによって構成される。そして、第４レンズ群ＧＲ４は、その位置が光軸方向に移動可能とされて、変倍による像位置の変動を補正すると共にフォーカシングを行うようにされたものである。なお、レンズＬ８、レンズＬ９及びレンズＬ１０は、それぞれ像面側と物体側を向いた同じ曲率半径を有する面とが接合されて、それぞれ接合面Ｒ１５及びＲ１６を有する３枚接合レンズを構成している。また、最も物体側であるレンズＬ８の入射面Ｒ１４は非球面形状によって構成されている。
第５レンズ群ＧＲ５は、正の屈折力を有するレンズＬ１１の単レンズで構成され、レンズＬ１１は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成される。また、レンズＬ１１は両面Ｒ１８、Ｒ１９が非球面形状によって構成されている。
なお、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＲ（絞り面Ｒ１１）が、第５レンズ群ＧＲ５と像面（撮像面）ＩＭＧとの間にはフィルタＦＬが、それぞれ配設されている。
第３の実施の形態にかかるズームレンズ１Ｃに具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデータを表１１に示す。
Figure 2007322804
広角端から望遠端へとレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と絞り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Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例３における上記各面間隔Ｄ５、Ｄ１０、Ｄ１３及びＤ１７の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝６．３０）及び望遠端（ｆ＝３９．７４）における、物体距離が無限遠のときの各値を表１２に、また、物体距離が２ｍのときの各値を表１３に示す。
Figure 2007322804
Figure 2007322804
第３レンズ群ＧＲ３を構成する単レンズＬ７の物体側面Ｒ１２、第４レンズ群ＧＲ４の最も物体側の面Ｒ１４及び第５レンズ群ＧＲ５を構成する単レンズＬ１１の両面Ｒ１８、Ｒ１９は非球面によって構成されている。そこで、数値実施例３における上記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を表１４に示す。
Figure 2007322804
表１５に数値実施例３の、前記条件式（１）乃至（４）の各値、レンズ全系の焦点距離「ｆ」、第４レンズ群ＧＲ４の焦点距離「ｆ４」、第５レンズ群ＧＲ５の焦点距離「ｆ５」、開放Ｆ値「ＦＮｏ．」、画角「２ω」の各値を示す。
Figure 2007322804
図１８乃至図２０に物体距離無限遠における数値実施例３の広角端（ｆ＝１．００）、中間焦点距離（ｆ＝６．３０）及び望遠端（ｆ＝３９．７４）での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。また、図２１乃至図２３に物体距離２ｍにおける数値実施例３の広角端、中間焦点距離及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。さらに、図２４に物体距離無限遠における数値実施例３の第５レンズ群ＧＲ５内に構成された非球面Ｒ１８、Ｒ１９を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
なお、前記球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）における値をそれぞれ示す。また非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値をそれぞれ示すものである。
次に、本発明撮像装置について説明する。
本発明撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズにより形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備え、前記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成し、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
（２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
上記構成により、小型で高画質、且つ、高倍率を達成する。
図２５に本発明の一実施形態による撮像装置のブロック図を示す。
撮像装置１０はズームレンズ２０を備え、ズームレンズ２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子３０としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。前記ズームレンズ２０には本発明にかかるズームレンズを適用することができ、図２５では、図１に示した第１の実施の形態にかかるズームレンズ１Ａの各レンズ群を単レンズ）に簡略化して示してある。勿論、第１の実施の形態にかかるズームレンズ１Ａだけでなく、第２の実施の形態及び第３の実施の形態にかかるズームレンズ１Ｂ、１Ｃや本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明ズームレンズを使用することができる。
前記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０、７０を介して駆動部６１、７１を動作させて、各レンズ群ＧＲ２、ＧＲ４を所定の位置へと移動させる。各センサ６２、７２によって得られた各レンズ群ＧＲ２、ＧＲ４の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０、７０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は前記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように、ドライバ回路７０を介して駆動部７１を動作させて、第４レンズ群ＧＲ４を位置制御する。前記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
なお、前記した各実施の形態及び数値実施例において示された各部の具体的形状及び数値は、何れも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。
本発明ズームレンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図３及び図４と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の物体距離無限遠における各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図６及び図７と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の物体距離２ｍにおける各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の物体距離無限遠における第５レンズ群内に構成された非球面を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１１及び図１２と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の物体距離無限遠における各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図１４及び図１５と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の物体距離２ｍにおける各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の物体距離無限遠における第５レンズ群内に構成された非球面を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１９及び図２０と共に本発明ズームレンズの第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の物体距離無限遠における各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図２２及び図２３と共に本発明ズームレンズの第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の物体距離２ｍにおける各種収差を示すものであり、本図は広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の物体距離無限遠における第５レンズ群内に構成された非球面を、その近軸球面に置き換えた時の、望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すものである。 本発明撮像装置の実施の形態の一を示すブロック図である。
符号の説明
１Ａ…ズームレンズ、１Ｂ…ズームレンズ、１Ｃ…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、１０…撮像装置、２０…ズームレンズ、３０…撮像素子

Claims (4)

  1. 物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成したズームレンズにおいて、
    前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
    （２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
    但し、
    ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
    ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
    β５：第５レンズ群の横倍率
    とする。
  2. 前記第３レンズ群は正の屈折力を有する１枚の単レンズで構成され、前記第４レンズ群は正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズの３枚接合レンズで構成された
    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５レンズ群の非球面形状が、以下の条件式（３）及び（４）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
    （３）｜ＭＴａ／ＭＴｓ｜ ＜ １．０
    （４）｜（ＳＴａ−ＳＴｓ）／ＳＴａ｜ ＜ １．０
    但し、
    ＭＴａ：望遠端での最大像高におけるメリディオナル方向の像面湾曲
    ＭＴｓ：第５レンズ群内に構成された非球面をその近軸球面に置き換えた時の望遠端での最大像高におけるメリディオナル方向の像面湾曲
    ＳＴａ：望遠端での開放絞り時における球面収差
    ＳＴｓ：第５レンズ群内に構成された非球面をその近軸球面に置き換えた時の望遠端での開放絞り時における球面収差
    とする。
  4. ズームレンズと、該ズームレンズにより形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
    前記ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第１レンズ群と、負の屈折力を有し主として変倍のために位置が移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有し位置が常時固定とされた第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍による焦点位置の補正と合焦のために位置が移動可能とされた第４レンズ群と、位置が常時固定とされた単レンズの第５レンズ群とを配列して構成し、
    前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の各レンズ群は、少なくとも１面が非球面で構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
    （１）｜ｆ４／ｆ５｜ ＜ ０．１２
    （２）０．９ ＜ β５ ＜ １．２
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