JP2015087535A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型かつ高ズーム比で、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得ること。【解決手段】 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、１以上のレンズ群を含む後群により構成され、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において、第１レンズ群は、空気間隔を隔てて、正の屈折力を有する樹脂レンズと、負の屈折力を有する。該ズームレンズにおいて、正の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｐ、アッベ数νｄ１ｐ、負の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｎ、アッベ数νｄ１ｎを各々適切に設定する。【選択図】 図１

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、高ズーム比であることが求められている。また、レンズの軽量化やコストの削減を図ることが要求されている。

レンズ全長が短く、高ズーム比のズームレンズとして、物体側から像側へ順に、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、１以上のレンズ群を含む後群を有するポジティブリード型のズームレンズが知られている。また、レンズの軽量化やコストの削減を図るために、ガラス以外の物質、例えば樹脂材料を用いるズームレンズが知られている。

こうしたポジティブリード型のズームレンズとして、特許文献１に記載のズームレンズでは、第１レンズ群に正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズを用いている。

特開２０１１−６５０７号公報

一般に、樹脂レンズはガラスレンズに比べて、温度変化や製造誤差による屈折率の変化が大きく、膨張や収縮による形状変化の影響も大きい。これにより、温度変化や製造誤差によるピントズレや球面収差のズレ等が大きくなり、光学性能の低下を招きやすい。比較的少ない枚数のレンズにより構成されたポジティブリード型のズームレンズでは、各レンズ面の屈折力が強いため、全ズーム領域において、温度変化や製造誤差による光学性能の低下が顕著に現れる。

特許文献１は、正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズを互いに接合したレンズを第１レンズ群に用いたズームレンズを開示している。第１レンズ群の中で複数の樹脂レンズを用いることで、温度変化によるピントズレや球面収差等を良好に補正することを目的としている。しかし、特許文献１に記載のズームレンズは、異なる特性を有する樹脂レンズを接合しているため、線膨張係数の違いに起因して接合面の強度が低下したり、光学性能が低下するおそれがある。

樹脂レンズを用いて、小型かつ高ズーム比で、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ためには、複数のレンズを樹脂材料で構成し、樹脂レンズを適切に配置することが重要である。特に、複数の樹脂レンズを空気間隔を空けて配置し、各樹脂レンズの形状を自由に設定できるようにすることが重要である。

本発明は、小型かつ高ズーム比で、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、１以上のレンズ群を含む後群により構成され、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。該ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、空気間隔を隔てて、正の屈折力を有する樹脂レンズと、負の屈折力を有する樹脂レンズを有し、前記正の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｐ、アッベ数をνｄ１ｐ、前記負の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｎ、アッベ数をνｄ１ｎとするとき、
１．４５＜Ｎｄ１ｐ＜１．６０
５３．０＜νｄ１ｐ＜６０．０
１．６０＜Ｎｄ１ｎ＜１．７０
１５．０＜νｄ１ｎ＜３０．０
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、小型かつ高ズーム比で、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。

本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明の実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）本発明の実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、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、１以上のレンズ群を含む後群から構成される。

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）、（Ｃ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例１はズーム比７．５７、開口比３．６０〜６．７６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）、（Ｃ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比１５．３４、開口比３．５２〜６．０８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）、（Ｃ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比９．４２、開口比３．５９〜７．１０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）、（Ｃ）はそれぞれ実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比７．５７、開口比３．１０〜７．０５程度のズームレンズである。

図９は実施例５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１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ実施例５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例５はズーム比２３．８４、開口比２．８７〜６．００程度のズームレンズである。

図１１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。

実施例１乃至３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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４から成る。実施例１乃至３は４つのレンズ群から成るポジティブリード型の４群ズームレンズであり、後群は、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４から成る。

実施例４及び５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Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５から構成される。実施例４及び５は５つのレンズ群から成るポジティブリード型の５群ズームレンズであり、後群は、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４と正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５から成る。

各実施例において、ＳＰは開口絞りであり、実施例１、３、４のズームレンズでは、第３レンズ群Ｌ３中に位置している。実施例２及び５のズームレンズでは、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に位置している。

ＦＰはフレアカット絞りであり、各実施例において第３レンズ群Ｌ３の像側に配置され、不要光を遮光している。また、実施例１、３、４では、第３レンズ群Ｌ３中にも配置され、不要光をより効果的に遮光している。

また、各実施例において、第３レンズ群Ｌ３の全体または一部を、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。

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ナンバーであり、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差を示している。非点収差図においてΔＳはサジタル像面、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。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１中に、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐと負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎを用いている。これにより、ズームレンズの軽量化を図ると共に、コストの削減を図っている。ここで、樹脂レンズとは樹脂材料を含むレンズを意味する。樹脂レンズは、ＩＴＯやＴｉＯ_２のようなナノ微粒子を樹脂材料中に分散させることにより作成される。

一般に最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群が配置されたポジティブリード型のズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｌ１の有効径が大きくなり、重量も大きくなる。第１レンズ群Ｌ１の重量が大きくなると、撮影状態において、第１レンズ群Ｌ１の自重により鏡筒が重力方向に偏芯するため、光学性能が低下するおそれがある。ここで、一般的な硝子材料の比重は、２．０（ｇ／ｃｍ^３）以上である。一方で、一般的な樹脂材料の比重は、１．５（ｇ／ｃｍ^３）程度である。ゆえに、第１レンズ群Ｌ１に樹脂レンズを用いることで、ズームレンズの重量を大幅に小さくすることができる。

一方で、温度変化に対する樹脂材料の線膨張係数は、硝子材料の線膨張係数に対して１０倍程度大きい。そのため、樹脂レンズを用いた場合、温度変化に伴いレンズ形状が大きく変化し、収差ずれを招きやすい。そこで、１つのレンズ群の中で、正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズを用いて、温度変化による収差ずれ（球面収差ずれや像面湾曲のずれ）を良好にキャンセルすることにより、光学性能の低下を防ぐことができる。

また、本発明では、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐと負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎをそれぞれ単レンズとして、空気間隔を隔てて配置している。これにより、独立して曲率半径を設定可能なレンズ面が増え、温度変化による収差ズレ（球面収差ズレや像面湾曲のズレ）を良好にキャンセルさせることができる。ここで、２つの樹脂レンズを接合させると、温度変化に伴うレンズ形状の変化に差異が生じるため、光学性能の低下や接合強度の低下を招くため好ましくない。

次に、レンズ群の内部において像面湾曲と色収差の低減を両立させるための条件について記載する。あるレンズ群を構成するレンズを、正レンズＬｐと負レンズＬｎに分けたとき、正レンズＬｐの合成の屈折力をφｐ、正レンズのアッベ数の平均値をνｐ、屈折率の平均値をＮｐとする。さらに、負レンズＬｎの合成の屈折力をφｎ、負レンズのアッベ数の平均値をνｎ、屈折率の平均値をＮｎとする。

レンズ群の中で像面湾曲の発生を抑制するためには、
φｐ／Ｎｐ＋φｎ／Ｎｎ≒０
とすればよい。つまり、
φｐ／φｎ≒−Ｎｐ／Ｎｎ
となる。レンズ群全体の屈折力が正であれば、｜φｐ｜＞｜φｎ｜となるので、Ｎｐ＞Ｎｎとすればよい。つまり、負レンズの屈折率は、正レンズの屈折率より小さい方が好ましい。

次に、レンズ群の中で色収差を良好に補正するためには、
φｐ／νｐ＋φｎ／νｎ≒０
とすればよい。つまり、
φｐ／φｎ≒−νｐ／νｎ
となる。レンズ群全体の屈折力が正であれば、｜φｐ｜＞｜φｎ｜となるので、νｐ＞νｎとすればよい。つまり、負レンズのアッベ数νｎは正レンズのアッベ数νｐより小さい方が好ましい。

以上より、像面湾曲の発生を抑制しつつ、色収差を良好に補正するためには、負レンズの屈折率は正レンズの屈折率より小さく、負レンズのアッベ数νｎは正レンズのアッベ数νｐより小さいことが好ましい。

しかし、実際に存在する硝材の範囲では、アッベ数が小さくなると屈折率は大きくなる傾向があるため、１つのレンズ群の中で像面湾曲の発生を抑制しつつ、色収差を良好に補正することは困難である。

よって、レンズ群の内部では色収差の補正を重視し、像面湾曲の補正に関しては、レンズ群の中でペッツバール和をできるだけ小さくしつつ、複数のレンズ群を含むズームレンズ全体として、像面湾曲の発生を抑制することを重視している。

また、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各レンズ群が移動する。レンズ断面図中の矢印は、広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。

具体的には、実施例１乃至３のズームレンズでは、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及び第２レンズ群Ｌ２は、像側へ凸状の軌跡を描くように移動する。第３レンズ群Ｌ３は物体側へ単調に移動し、第４レンズ群Ｌ４は物体側へ凸状の軌跡を描くように移動する。

実施例４及び５のズームレンズでは、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及び第２レンズ群Ｌ２は、像側へ凸状の軌跡を描くように移動する。第３レンズ群Ｌ３及び第４レンズ群Ｌ４は、物体側へ単調に移動し、第５レンズ群Ｌ５は物体側へ凸状の軌跡を描くように移動する。

各実施例のズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｌ１及び第３レンズ群Ｌ３は、広角端に比べて望遠端でより物体側に位置している。これにより、広角端におけるレンズ全長を短くし、前玉（第１レンズ群Ｌ１）の小型化を図りつつ、高ズーム比のズームレンズが得られる。特に、第３レンズ群Ｌ３を、広角端に比べて望遠端でより物体側に位置するように移動させることで、第３レンズ群Ｌ３に変倍負担を持たせている。これにより、第１レンズ群Ｌ１及び第２レンズ群Ｌ２の屈折力を高めることなく、高ズーム比のズームレンズを得ることができる。

また、各実施例において、最も像側に位置するレンズ群をフォーカスレンズ群としている。実施例１乃至３のズームレンズにおいては第４レンズ群Ｌ４をフォーカスレンズ群としており、実施例４及び５のズームレンズにおいては第５レンズ群Ｌ５をフォーカスレンズ群としている。

実施例１乃至３のズームレンズでは、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４ｃに示すように、第４レンズ群Ｌ４を物体側に繰り出している。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。

実施例４及び５のズームレンズでは、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、レンズ断面の矢印５ｃに示すように、第５レンズ群Ｌ５を物体側に繰り出している。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。

ここで、実施例４及び５のズームレンズにおいては、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４でフォーカシングを行っても良い。このとき、望遠端において無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う場合、第４レンズ群Ｌ４は像側へ移動する。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１に含まれる正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｐ、アッベ数をνｄ１ｐとする。また、第１レンズ群Ｌ１に含まれる負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｎ、アッベ数をνｄ１ｎとするとき、
１．４５＜Ｎｄ１ｐ＜１．６０…（１）
５３．０＜νｄ１ｐ＜６０．０…（２）
１．６０＜Ｎｄ１ｎ＜１．７０…（３）
１５．０＜νｄ１ｎ＜３０．０…（４）
なる条件式を満足している。

条件式（１）の下限を超えて、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｐが小さくなると、レンズのコバ厚を確保するために、樹脂レンズＬ１ｐの厚さが増大する。結果として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、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｐが大きくなると、条件式（２）を満足するアッベ数νｄ１ｐを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

条件式（２）の下限を超えて、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐのｄ線に対するアッベ数νｄ１ｐが小さくなると、望遠側において第１レンズ群Ｌ１で発生する軸上色収差を十分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）の上限を超えて、正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐのｄ線に対するアッベ数νｄ１ｐが大きくなると、条件式（１）を満足する屈折率Ｎｄ１ｐを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

条件式（３）の下限を超えて、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｎが小さくなると、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎにおける屈折力を保つために、樹脂レンズＬ１ｎのレンズ面の曲率半径を小さくする必要が生じる。その結果、温度変化に伴い、焦点ズレや球面収差、コマ収差が発生しやすくなるため好ましくない。

条件式（３）の上限を超えて、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎのｄ線に対する屈折率Ｎｄ１ｎが大きくなると、条件式（４）を満足するアッベ数νｄ１ｎを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

条件式（４）の下限を超えて、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎのｄ線に対するアッベ数νｄ１ｎが小さくなると、望遠側において第１レンズ群Ｌ１で発生する軸上色色収差を十分に補正することが困難になるため好ましくない。

条件式（４）の上限を超えて、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎのｄ線に対するアッベ数νｄ１ｎが大きくなると、条件式（３）を満足する屈折率Ｎｄ１ｎを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

各実施例では上記の如く、条件式（１）乃至（４）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高ズーム比で、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）乃至（４）の数値範囲を次のようにするのがよい。
１．４７＜Ｎｄ１ｐ＜１．５９…（１ａ）
５３．５＜νｄ１ｐ＜５９．０…（２ａ）
１．６０＜Ｎｄ１ｎ＜１．６９…（３ａ）
２０．０＜νｄ１ｎ＜３０．０…（４ａ）

また、更に好ましくは条件式（１）乃至（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．４８＜Ｎｄ１ｐ＜１．５８…（１ｂ）
５４．０＜νｄ１ｐ＜５８．０…（２ｂ）
１．６０＜Ｎｄ１ｎ＜１．６８…（３ｂ）
２１．０＜νｄ１ｎ＜２８．５…（４ｂ）

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、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、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎの焦点距離をｆ１ｎ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとする。また、第３レンズ群Ｌ３に含まれる、負の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ３ｎ、アッベ数をνｄ３ｎする。

このとき、
０．１００＜ｆ１／ｆｔ＜０．８１５…（５）
９．０＜｜ｆ１ｎ／ｆｗ｜＜５０．０…（６）
０．０１＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．１７…（７）
１．６００＜Ｎｄ３ｎ＜１．８５０…（８）
１５．０＜νｄ３ｎ＜３５．０…（９）
なる条件式のうち１つ以上を満足するのがよい。

条件式（５）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１が短くなると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなる。これにより、樹脂レンズを含む第１レンズ群Ｌ１においては、温度変化や湿度変化等に伴う光学性能の変動が大きくなる。特に、望遠側において、焦点ずれや球面収差が多く発生するため好ましくない。

条件式（５）の上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１が長くなると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなり、第１レンズ群Ｌ１の有効径が増大するため好ましくない。

条件式（６）の下限を超えて負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎの焦点距離ｆ１ｎが短くなると、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎの屈折力が強くなる。これにより、温度変化に伴う光学性能の変動が大きくなり、特に広角側における倍率色収差、歪曲収差、像面湾曲が多く発生するため好ましくない。

条件式（６）の上限を超えて負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎの焦点距離ｆ１ｎが長くなると、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎの屈折力が弱くなり、第１レンズ群Ｌ１の有効径が増大するため好ましくない。

条件式（７）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の絶対値｜ｆ２｜が小さくなると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり、広角側における倍率色収差や、全ズーム領域における像面湾曲を十分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の焦点距離の絶対値｜ｆ２｜が大きくなると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が弱くなり、第２レンズ群Ｌ２の有効径が増大するため好ましくない。

さらに、小型かつ軽量で、全ズーム領域において良好な光学性能を有するズームレンズを得るためには、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎは、樹脂レンズであることが好ましい。条件式（８）及び（９）は、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎのｄ線に対する屈折率Ｎｄ３ｎ、アッベ数νｄ３ｎを適切に定めたものである。

条件式（８）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎのｄ線に対する屈折率Ｎｄ３ｎが小さくなると、負レンズＬ３ｎにおける屈折力を保つために、負レンズＬ３ｎのレンズ面の曲率半径を小さくする必要が生じる。その結果、温度変化に伴い、焦点ズレや球面収差、コマ収差が発生しやすくなるため好ましくない。

条件式（８）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎのｄ線に対する屈折率Ｎｄ３ｎが大きくなると、条件式（９）を満足するアッベ数νｄ３ｎを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

条件式（９）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎのｄ線に対するアッベ数νｄ３ｎが小さくなると、望遠側において、第３レンズ群Ｌ３で発生する軸上色収差や倍率色収差を十分に補正することが困難になるため、好ましくない。

条件式（９）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズＬ３ｎのｄ線に対するアッベ数νｄ３ｎが大きくなると、条件式（８）を満足する屈折率Ｎｄ３ｎを有する硝材が存在しないため、好ましくない。

また、第１レンズ群Ｌ１に含まれる、負の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｎ及び正の屈折力を有する樹脂レンズＬ１ｐの材料の比重ｄＧ（ｇ／ｃｍ^２）に関しては、
０．５０＜ｄＧ＜１．５０…（１０）
なる条件式を満足することが好ましい。

条件式（１０）の下限を超えた比重を有する樹脂レンズは存在しない。また、条件式（１０）の上限を超えて第１レンズ群に含まれる樹脂レンズの材料の比重が大きくなると、第１レンズ群Ｌ１の重量が大きくなるため好ましくない。

また、好ましくは条件式（５）〜（１０）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ることができる。
０．２００＜ｆ１／ｆｔ＜０．８１４…（５ａ）
９．４０＜｜ｆ１ｎ／ｆｗ｜＜４０．００…（６ａ）
０．０４０＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．１６５…（７ａ）
１．６１０＜Ｎｄ３ｎ＜１．８５０…（８ａ）
２０．０＜νｄ３ｎ＜３３．５…（９ａ）
０．８０＜ｄＧ＜１．３０…（１０ａ）

次に各レンズ群の構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１に関しては、実施例１、３、４では、物体側から像側へ順に負レンズと正レンズから構成される。実施例２及び５では、物体側から像側へ順に負レンズ、正レンズ、正レンズから構成される。第１レンズ群Ｌ１をこのように構成することにより、望遠側における色収差や球面収差を良好に補正しつつ、レンズ全長の短縮を図ることができる。

第２レンズ群Ｌ２に関しては、実施例１乃至４では、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、正レンズから構成される。実施例５では、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズから構成される。

第３レンズ群Ｌ３に関しては、実施例１及び４では、物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズから構成される。実施例２及び５では、物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズ、正レンズから構成される。実施例３では、物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズから構成される。

第４レンズ群Ｌ４及び第５レンズ群Ｌ５に関しては、実施例１及び３では、第４レンズ群Ｌ４を１枚の正レンズにより構成している。また、実施例２では、第４レンズ群Ｌ４を正レンズと負レンズの接合レンズから構成している。実施例４及び５では、第４レンズ群Ｌ４を１枚の負レンズで構成し、第５レンズ群Ｌ５を１枚の正レンズで構成している。以上のように、後群を構成するレンズを少なくすることにより、レンズ全長の短縮を図っている。

次に、本発明の実施例１〜５にそれぞれ対応する数値実施例１〜５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。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、画像処理によっ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することができるためである。

［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 12.967 0.50 1.63550 23.9
2* 9.200 0.35
3 9.800 3.30 1.53110 55.9
4 1055.103 (可変)
5 -1781.316 0.30 1.77250 49.6
6 4.887 2.20
7* -17.255 0.40 1.53110 55.9
8 10.714 0.05
9* 6.986 1.50 1.63550 23.9
10* 45.283 (可変)
11 ∞ -0.40
12* 4.182 1.36 1.69350 53.2
13* -13.129 0.18
14(絞り) ∞ 0.10
15 15.988 0.33 1.63550 23.9
16* 3.524 1.20
17 ∞ (可変)
18 11.107 1.65 1.53110 55.9
19 -2000.000 (可変)
20 ∞ 1.00 1.51633 64.1
21 ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第2面
K =-1.84669e-001 A 4= 2.85186e-005 A 6= 1.84395e-007 A 8= 3.74912e-009
第7面
K = 1.89740e+001 A 4=-1.42635e-003 A 6= 1.92946e-004 A 8=-1.97553e-006
第9面
K = 1.98877e+000 A 4= 1.34492e-003 A 6=-1.45050e-004 A 8=-5.98592e-008
第10面
K =-7.29895e+002 A 4= 1.55076e-003
第12面
K =-1.17274e+000 A 4= 1.11877e-003 A 6= 1.22724e-004 A 8=-2.66087e-005
第13面
K = 1.02415e+001 A 4= 3.32092e-003 A 6=-2.85621e-004
第16面
K = 8.43812e-002 A 4=-1.50909e-003 A 6= 4.69935e-004 A 8= 2.22355e-005
各種データ
ズーム比 7.57
焦点距離 5.15 10.23 39.00
Fナンバー 3.60 4.51 6.76
半画角 32.43 20.55 5.67
像高 3.27 3.84 3.88
レンズ全長 35.03 36.42 49.73
BF 4.54 6.87 4.58
d 4 0.35 3.78 13.16
d10 11.56 5.40 0.67
d17 5.55 7.35 18.29
d19 2.88 5.21 2.92
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 29.20
2 5 -6.15
3 11 9.35
4 18 20.80

［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 46.851 1.00 1.63550 23.9
2 27.300 0.30
3 28.000 3.20 1.49700 81.5
4 390.473 0.20
5 29.690 2.25 1.53110 55.9
6 180.036 (可変)
7 ∞ 0.65 1.80400 46.6
8 7.122 3.75
9 -16.767 0.50 1.69680 55.5
10 53.087 0.20
11 17.273 1.30 1.95906 17.5
12 77.789 (可変)
13(絞り) ∞ 0.51
14* 5.390 2.20 1.55332 71.7
15* -20.538 0.62
16 14.240 0.70 1.80610 33.3
17 4.621 0.38
18 6.840 1.40 1.48749 70.2
19 11.680 0.90
20 ∞ (可変)
21 16.798 1.95 1.77250 49.6
22 -40.762 0.50 1.80518 25.4
23 92.207 (可変)
24 ∞ 1.00 1.51633 64.1
25 ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第14面
K = 4.32416e-001 A 4=-9.93449e-004 A 6=-2.43594e-005 A 8=-1.42717e-006 A10=-3.61188e-008
第15面
K =-7.26520e+000 A 4= 9.86708e-005 A 6=-6.02920e-006
各種データ
ズーム比 15.34
焦点距離 5.15 27.13 79.01
Fナンバー 3.52 4.90 6.08
半画角 33.51 8.13 2.81
像高 3.41 3.88 3.88
レンズ全長 58.38 67.08 82.18
BF 6.98 16.52 7.31
d 6 0.70 19.06 29.26
d12 22.63 4.44 1.34
d20 5.55 4.55 21.77
d23 5.32 14.87 5.65
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 46.36
2 7 -7.88
3 13 14.32
4 21 26.99

［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 16.454 0.65 1.63550 23.9
2 11.600 0.20
3* 11.656 4.60 1.53110 55.9
4 1202.709 (可変)
5 83.483 0.30 1.83481 42.7
6 4.658 2.60
7 -16.581 0.30 1.77250 49.6
8 33.251 0.05
9 10.361 1.20 1.95906 17.5
10 33.762 (可変)
11 ∞ -0.20
12* 6.283 1.45 1.69350 53.2
13* -15.660 0.05
14(絞り) ∞ 0.00
15 3.470 0.95 1.48749 70.2
16 7.265 0.30 1.84666 23.9
17 2.937 2.00
18 ∞ (可変)
19* 8.803 2.20 1.58313 59.4
20 56.912 (可変)
21 ∞ 1.00 1.51633 64.1
22 ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 3.34376e-002 A 4=-7.64815e-006 A 6=-2.49960e-008 A 8=-6.71720e-010
第12面
K =-9.93132e-001 A 4=-2.61726e-004 A 6=-1.59659e-004 A 8= 9.36582e-006
第13面
K =-5.76650e+001 A 4=-1.86344e-003
第19面
K = 3.62834e-001 A 4=-1.57203e-004 A 6=-1.83155e-006
各種データ
ズーム比 9.42
焦点距離 4.46 18.35 42.00
Fナンバー 3.59 5.09 7.10
半画角 36.45 11.93 5.27
像高 3.29 3.88 3.88
レンズ全長 35.31 44.34 56.27
BF 2.91 8.11 5.03
d 4 0.30 11.24 16.46
d10 11.27 2.08 0.56
d18 4.19 6.27 17.56
d20 1.25 6.45 3.37
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 34.14
2 5 -5.65
3 11 8.41
4 19 17.56

［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 13.713 0.40 1.64000 25.0
2 9.400 0.20
3 9.600 4.00 1.50940 56.0
4 -83.576 (可変)
5 -66.159 0.30 1.77250 49.6
6 5.335 2.30
7 -13.047 0.40 1.48749 70.2
8 13.714 0.12
9* 8.000 1.40 1.64000 25.0
10* 44.730 (可変)
11 ∞ -0.40
12* 3.863 1.36 1.69350 53.2
13* -16.903 0.18
14(絞り) ∞ 0.10
15 10.990 0.30 1.64000 25.0
16* 3.387 0.60
17 ∞ (可変)
18 16.010 0.40 1.76182 26.5
19 9.396 (可変)
20 9.480 3.00 1.60311 60.6
21 -2000.000 (可変)
22 ∞ 1.00 1.51633 64.1
23 ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 2.30646e-001 A 4=-2.69618e-006 A 6=-4.80433e-006 A 8= 7.52524e-007
第10面
K = 1.34106e+002 A 4=-6.21257e-007
第12面
K =-1.03778e+000 A 4= 1.45765e-003 A 6= 9.59252e-005 A 8=-7.94174e-006
第13面
K = 1.08616e+001 A 4= 2.04525e-003 A 6=-9.12905e-005
第16面
K = 7.67285e-001 A 4=-1.35986e-003 A 6= 2.28108e-004 A 8=-4.14504e-005
各種データ
ズーム比 7.57
焦点距離 5.15 12.01 39.00
Fナンバー 3.10 3.99 7.05
半画角 32.43 17.72 5.67
像高 3.27 3.84 3.88
レンズ全長 35.35 37.06 52.66
BF 2.54 4.82 4.62
d 4 0.35 4.71 9.45
d10 11.76 4.79 0.67
d17 4.07 4.94 5.16
d19 1.96 3.14 18.09
d21 0.88 3.16 2.96
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 26.61
2 5 -6.08
3 11 8.36
4 18 -30.66
5 20 15.65

［数値実施例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 87.698 1.60 1.60737 28.0
2 45.500 0.50
3 46.000 5.00 1.49700 81.5
4 -1019.674 0.20
5 52.661 3.40 1.55000 57.0
6 168.622 (可変)
7 54.212 1.00 1.88300 40.8
8 7.827 2.70
9 21.707 0.80 1.83481 42.7
10 15.069 2.70
11 -19.550 0.70 1.83481 42.7
12 146.926 0.20
13 20.450 2.60 1.69000 18.0
14 -52.417 (可変)
15(絞り) ∞ 1.49
16* 10.082 3.00 1.58313 59.4
17* -52.001 2.61
18 41.123 0.70 1.65000 24.0
19 8.538 0.50
20 13.625 2.00 1.48749 70.2
21 -22.073 0.30
22 ∞ (可変)
23 144.470 1.00 1.48749 70.2
24 22.213 (可変)
25 17.533 2.00 1.48749 70.2
26 -403.316 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第16面
K =-1.26557e+000 A 4= 8.05738e-005 A 6= 1.94307e-007 A 8= 2.36040e-009
第17面
K =-3.78460e+001 A 4= 5.34621e-005
各種データ
ズーム比 23.84
焦点距離 4.40 12.65 104.97
Fナンバー 2.87 3.83 6.00
半画角 38.38 17.04 2.11
像高 3.49 3.88 3.88
レンズ全長 83.76 85.13 137.86
BF 6.84 11.69 9.84
d 6 0.70 15.95 57.85
d14 33.18 10.63 1.52
d22 1.46 4.76 1.69
d24 6.59 7.10 31.97
d26 5.18 10.03 8.18
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 82.90
2 7 -8.87
3 15 15.53
4 23 -53.99
5 25 34.52

次に各実施例に示したような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形態を図１１を用いて説明する。

図１１において、２０はカメラ本体、２１は実施例１〜５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。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１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。２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４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２２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、小型かつ高ズーム比で、全ズーム領域において高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。

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
ＦＰ フレアカット絞り
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 撮像半画角
Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (10)

1. 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、１以上のレンズ群を含む後群により構成され、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において、
   前記第１レンズ群は、空気間隔を隔てて、正の屈折力を有する樹脂レンズと、負の屈折力を有する樹脂レンズを有し、
   前記正の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｐ、アッベ数をνｄ１ｐ、前記負の屈折力を有する樹脂レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ１ｎ、アッベ数をνｄ１ｎとするとき、
   １．４５＜Ｎｄ１ｐ＜１．６０
   ５３．０＜νｄ１ｐ＜６０．０
   １．６０＜Ｎｄ１ｎ＜１．７０
   １５．０＜νｄ１ｎ＜３０．０
   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. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   ０．１００＜ｆ１／ｆｔ＜０．８１５
   なる条件式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。
3. 前記第１レンズ群に配置された負の屈折力を有する樹脂レンズの焦点距離をｆ１ｎ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   ９．０＜｜ｆ１ｎ／ｆｗ｜＜５０．０
   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. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   ０．０１＜ｆ２／ｆｔ＜０．１７
   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. 前記第３レンズ群は負レンズを有し、該負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ３ｎ、アッベ数をνｄ３ｎとするとき、
   １．６００＜Ｎｄ３ｎ＜１．８５０
   １５．０＜νｄ３ｎ＜３５．０
   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レンズ群に配置された正の屈折力を有する樹脂レンズ及び負の屈折力を有する樹脂レンズを構成する樹脂材料の比重をｄＧとするとき、
   ０．５０＜ｄＧ＜１．５０
   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. 前記後群は、正の屈折力の第４レンズ群から成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. 前記後群は、負の屈折力の第４レンズ群と正の屈折力の第５レンズ群から成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。
9. 固体撮像素子に像を形成する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. 請求項１乃至９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撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

Images