JP4217990B2 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、ズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該ズームレンズが振動した時の撮影画像のブレを光学的に補正してブレのない画像を得るようにし、撮影画像の安定化を図った所謂防振機能を有するビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子により受光するカメラに使用するのに適した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。
撮影時のシャッターレリーズに起因するような手ブレ又は車などの移動物体上から撮影した場合に撮影系に振動が伝わる手ブレ等により撮影画像にブレが生じる。こうした手ブレによる像ブレを補正する手段として、レンズ系を構成する一部のレンズ群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像位置をシフトさせ像ブレを補正し、また、像位置をシフトさせた際に発生する光学性能の劣化を補正した、手ブレ補正光学系が知られている。
具体的には、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたズームレンズでは、正、負、正、正の屈折力のレンズ群よりなる第１レンズ群から第４レンズ群、負の屈折力を有する負部分群と正の屈折力を有する正部分群により構成される第５レンズ群が配列されて構成され、上記正部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることによって防振を行っている。
特開２００６−９８９６３号公報
しかしながら、特許文献１によるズームレンズでは、第５レンズ群の負部分群が１枚の負レンズで構成されているために、負部分群の屈折力が強くなり、第５レンズ群の正部分群の最も像側のレンズとの屈折力差が大きくなってしまう。そのため、第５レンズ群の負部分群と第５レンズ群の正部分群の最も像側のレンズとの間の相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなるという問題があった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、光軸方向に移動可能なレンズ群の数が少なくして、小型化に適すると共に偏心による結像性能の劣化を少なく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、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成され、前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足する。
（１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
但し、
ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
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って形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成され、前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足する。
（１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
但し、
ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
とする。
本発明によれば、光軸方向に移動可能なレンズ群の数が少なく、小型化に適すると共に偏心による結像性能の劣化が少ない。
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、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成され、前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足する。
（１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
但し、
ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
とする。
従って、本発明ズームレンズにあっては、第５レンズ群の負部分群である第５ａレンズ群を強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズで構成することによって、第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群の相対偏芯による結像性能の劣化を低減することができる。すなわち、第１レンズ群乃至第４レンズ群により屈折力配置としてはズームレンズ方式が構成され、第４レンズ群を射出した光線束は収斂に向かっている。この収斂光束を第５ａレンズ群により再び発散光束に転じさせるのであるから、第５ａレンズ群は強い負の屈折力を有し、第５ａレンズ群からはオーバー側の球面収差やオーバー側の非点収差が発生しやすい。第５ａレンズ群を、このような大きな収差が発生する構成、例えば、負の単レンズで構成したとすると、偏芯や倒れなどの製造誤差による収差劣化の敏感度が高くなって、量産が困難になってしまう。なお、ここで、「強い凹面を像側に向けた」とは、物体側面の曲率半径（平面は無限大）に比較して像側面の曲率半径が小さく、且つ、像側面が像側に凹であることを意味し、また、「強い凹面を物体側に向けた」とは、像側面の曲率半径（平面は無限大）に比較して物体側面の曲率半径が小さく、且つ、物体側面が物体側に凹であることを意味する。
また、条件式（１）を満足することにより、レンズ全長の短縮化と第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群との相対偏芯による結像性能の劣化を軽減することができる。
前記条件式（１）は第５ｃレンズ群の屈折力の大きさと、第５ａレンズ群の屈折力の大きさの比の範囲を規定するものである。条件式（１）の上限値を上回った場合、第５ａレンズ群の屈折力が小さくなると共に第５ｃレンズ群の屈折力が大きくなるため、第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群との間の屈折力の差が大きくなり、第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群との相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなる。逆に条件式（１）の下限値を下回った場合、第５ａレンズ群の屈折力が大きくなると共に第５ｃレンズ群の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が増大すると共に第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群との間の屈折力の差が大きくなり、第５ａレンズ群と第５ｃレンズ群との間の相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなる。
なお、第３レンズ群の近傍に開口絞りを配置して、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に移動する可動レンズ群である第２レンズ群と第４レンズ群が開口絞りを挟んで位置するようにすると、レンズ径の大型化を防ぎつつ、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正することが可能である。また、第５レンズ群が開口絞りから離れて位置することになり、第５レンズ群の一部の正部分群（前記第５ｂレンズ群）を光軸に略垂直な方向にシフトさせるための駆動機構が第２レンズ群や開口絞りを駆動するための駆動機構と干渉することが無く、そのため駆動機構の配置の自由度が増すとともに、鏡筒外形の大型化を防ぐことができる。さらに、第５レンズ群の負部分群ではなく正部分群をシフトさせるようにしているので、歪曲収差の発生を抑えることができる。
また、レンズ系の最も像側に、変倍時に位置が固定の第５レンズ群を配置しているため、射出光線がより光軸から離れた位置にあるときに各種収差がレンズ面で補正されて、広角な焦点距離を持ち、かつ、ズーム全領域で良好な収差補正を行うことができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、ｆ５ｂを第５ｂレンズ群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離として、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．２５＜ｆ５ｂ／ｆｔ＜０．４
これによって、負の球面収差を良好に補正することができるとともに、正部分群の光軸に略垂直な方向への少ないシフト量によって手ブレによる像位置の変動を補正することができる。
条件式（２）は第５ｂレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、防振のための敏感度アップとズーム全域での収差補正を良好にするための条件を規定するものである。条件式（２）の上限値を上回ると、防振のための敏感度がアップするため手ブレ補正時におけるレンズ移動量を少なくすることができるが、一方で像面が補正過剰となり球面収差とのバランスを図ることが困難となる。逆に条件式（２）の下限値を下回ると、収差のバランスは良好になるが、防振のための敏感度が低下し、手ブレ補正時におけるレンズ移動量が大きくなり、レンズ外形が大きくなってしまう。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）５＜ｆ５／｜ｆ５a｜＜７
これによって、所望の長さのバックフォーカスの確保とレンズ系全体の大きさのバランスをとることができる。
条件式（３）は第５レンズ群中の第５ａレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものである。条件式（３）の上限値を上回って第５ａレンズ群の屈折力が大きくなると、レンズ全長が増大してしまう。条件式（３）の下限値を下回ると、第５ａレンズ群の屈折力が小さくなり、長いバックフォーカスの確保が困難になる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）１．５＜ｆ５／ｆ５ｃ＜２．５
これによって、各種収差のさらに良好な補正が可能であると共に、像ブレ補正時に生じる偏心収差を抑制し、かつ、像面移動をさらに抑制することができる。
条件式（４）は第５レンズ群中の第５ｃレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものである。条件式（４）の上限値を上回って第５ｃレンズ群の屈折力が大きくなると、レンズ全長の短縮化には有利だが、像面湾曲や歪曲の変倍全域にわたる変動を補正するのが困難になる。また、条件式（４）の下限値を下回って第５ｃレンズ群の屈折力が小さくなると、レンズ全長が増大してしまう。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、ｆｗを広角端状態におけるレンズ全系での焦点距離として、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）２．５＜ｆ５／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜４
これによって、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行いつつ広角化を図ることができる。
条件式（５）はワイド端における画角を広げるために第５レンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行いつつ広角化を図るうえでの条件式である。すなわち、条件式（５）の上限値を上回ると、ワイド端において画角をさらに広げることができるが、一方で像面が補正過剰となり球面収差とのバランスを図ることが困難となる。逆に条件式（５）の下限値を下回ると、収差のバランスは向上するが広角化を実現することができない。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）０．８＜ｆ５ｂ／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．０
これによって、像ブレ補正時における偏心収差を抑制し、かつ、手ブレ時における手ブレ補正群の可動量を少なくすることができる。
条件式（６）は手ブレ補正時における手ブレ補正群の可動量を少なくするために第５レンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行う条件を規定するものである。すなわち、条件式（６）の上限値を上回ると、手ブレ補正時における手ブレ補正群の可動量を少なくすることができるが、一方で手ブレ補正時の収差補正を行うことが困難となる。逆に条件式（６）の下限値を下回ると、収差のバランスは向上するが手ブレ補正に必要な手ブレ補正群の可動量が大きくなりレンズ径の小型化を実現することができない。
なお、前記条件式（１）乃至（６）は、その全部を満足することが、良好な収差補正を実現し、手振れ補正時における収差変動を極小に抑え、さらに、レンズ全長の短縮とレンズ外径の小型化を図る上で望ましいが、何れか一つでも満足していれば、当該条件式の説明で示した効果を奏することができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第５ｂレンズ群は物体側より順に位置した、正レンズと負レンズとの接合レンズにより構成されることが望ましい。
これによって、ブレ補正のための補正レンズ群の構成を最小限として補正レンズ群の小型化及び軽量化を図ることができる。そのため、補正レンズを駆動するためのアクチュエータを小型化できるため、装置全体の小型化が実現できると共に、駆動の際の省電力化を図ることができる。また、第５ｂレンズ群を仮に正レンズと負レンズの分離した構成にした場合、この正レンズと負レンズの相互における、間隔誤差、偏芯誤差及び倒れ誤差による収差劣化が著しくなり、量産性が悪くなるが、第５ｂレンズ群を１群２枚構成の接合レンズとするとによって前記した不利益を回避することが出来る。
ブレ補正時の色収差の変動を十分小さくするためには、第５ｂレンズ群での色収差の発生量を小さくすることが好ましい。第５ｂレンズ群を正レンズと負レンズからなる一組の接合レンズで構成するのが収差補正上好ましく、このようにすることによって、第５ｂレンズ群の屈折力を大きくしながら第５ｂレンズ群自体の色収差補正が容易となるため、防振のための敏感度アップと防振時の色収差変動の低下の両方を満足することが可能になり、第５ｂレンズ群の屈折力を最適に設定して防振のために必要な感度を確保しながら、低分散の硝材を用いることで防振時の色収差変動を問題のないレベルに抑えることができる。
なお、第５ｂレンズ群の物体側の面を非球面形状とすることにより、第５レンズ群で発生する球面収差を抑制するとともに防振時に発生する偏心コマ収差を低減することができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第４レンズ群は物体側より順に位置した、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚接合レンズにより構成されることが望ましい。
これによって、軸外収差と軸上収差とを同時に補正することが可能となり、被写***置が変化した際に発生する諸収差の変動を良好に補正することができる。
そして、負レンズの前後をそれぞれ正レンズと接合することによって、負レンズの曲率の取り得る自由度を従来と比べて格段に大きくすることが可能になり、この面から発生する球面収差の色による曲がりを著しく改善することが可能になる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、固体撮像素子上に像を形成することが望ましい。
固体撮像素子上に像を形成することで、光電変換した画像をメモリやテープに記録することで、ユーザーの便宜を図ることができる。
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、次の数１式によって定義されるものとする。
Figure 0004217990
なお、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは曲率、κは円錐定数、Ａ、Ｂ、…は非球面係数である。
図１は本発明の各実施の形態によるズームレンズの屈折力配分を示しており、物体側より像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５が配列されて構成され、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の空気間隔は増大し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間の空気間隔は減少するように、第２レンズ群Ｌ２が像側へ移動する。この時、第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３,第５レンズ群Ｌ５は固定であって、第４レンズ群Ｌ４が第２レンズ群Ｌ２の移動に伴う像面位置の変動を補正するように移動すると共に近距離合焦時に物体側へ移動する。
図２は本発明の第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。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２とから構成される。第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２とから構成される。第３レンズ群Ｌ３は両面に非球面を有する両凸レンズＬ３１により構成される。第４レンズ群Ｌ４は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚接合レンズＬ４１により構成される。第５レンズ群Ｌ５は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ５２とで構成される第５ａレンズ群Ｌ５ａ、両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５３で構成される第５ｂレンズ群Ｌ５ｂ、両凸レンズＬ５４で構成される第５ｃレンズ群Ｌ５ｃより構成される。また、開口絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第５レンズ群Ｌ５と像面ＩＰとの間にはフィルタＦＬが配置されている。そして、第５レンズ群Ｌ５の第５ｂレンズ群Ｌ５ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表１に第１の実施の形態に係るズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを示す。なお、表１及び他のレンズデータを示す表において、「面番号」は物体側から数えてｉ番目の面であることを示し、「曲率半径」は物体側から数えて第ｉ番目の面の曲率半径を示し、「面間隔」は物体側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、「屈折率」は物体側に第ｉ面を有する硝材のｄ線に対する屈折率を示し、「アッベ数」は物体側に第ｉ面を有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。そして、曲率半径に関し「∞」は当該面が平面であることを示し、面間隔に関し「（Ｄｉ）」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ１において、第２レンズ群Ｌ２の負メニスカスレンズＬ２１の像側面（第７面）、第３レンズ群Ｌ３の両凸レンズＬ３１の両面（第１２面、第１３面）、第４レンズ群Ｌ４の３枚接合レンズＬ４１の物体側面（第１４面）、第５レンズ群Ｌ５の第５ｂレンズ群Ｌ５ｂの物体側面（第２２面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表２に示す。なお、表２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 0004217990
ズームレンズ１において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群（開口絞りＳＰ）Ｌ３との間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の面間隔Ｄ１３及び第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５との間の面間隔Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例１における前記各面間隔の広角端状態（ｆ＝１．０００）、中間焦点距離状態（ｆ＝４．５２５）及び望遠端状態（ｆ＝９．０５）における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、画角２ωと共に表３に示す。
Figure 0004217990
数値実施例１の前記条件式（１）〜（６）対応値を表４に示す。
Figure 0004217990
図３乃至図５は数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図３は広角端状態（ｆ＝１．０００）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５２５）、図５は望遠端状態（ｆ＝９．０５）における諸収差図を示す。
図６乃至図８は数値実施例１の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図を示し、図６は広角端状態（ｆ＝１．０００）、図７は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５２５）、図８は望遠端状態（ｆ＝９．０５）における横収差図を示す。
図３乃至図８の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例１は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図９は本発明の第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。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２とから構成される。第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２とから構成される。第３レンズ群Ｌ３は物体側面に非球面を有する両凸レンズＬ３１により構成される。第４レンズ群Ｌ４は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚接合レンズＬ４１により構成される。第５レンズ群Ｌ５は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５１と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ５２とで構成される第５ａレンズ群Ｌ５ａ、物体側面に非球面を有する凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５３で構成される第５ｂレンズ群Ｌ５ｂ、両凸レンズＬ５４で構成される第５ｃレンズ群Ｌ５ｃより構成される。また、開口絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第５レンズ群Ｌ５と像面ＩＰとの間にはフィルタＦＬが配置されている。そして、第５レンズ群Ｌ５の第５ｂレンズ群Ｌ５ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表５に第２の実施の形態に係るズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ２において、第３レンズ群Ｌ３の両凸レンズＬ３１の物体側面（第１２面）、第４レンズ群Ｌ４の３枚接合レンズＬ４１の物体側面（第１４面）、第５レンズ群Ｌ５の第５ｂレンズ群Ｌ５ｂの物体側面（第２２面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表６に示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ２において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群（開口絞りＳＰ）Ｌ３との間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の面間隔Ｄ１３及び第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５との間の面間隔Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例２における前記各面間隔の広角端状態（ｆ＝１．００）、中間焦点距離状態（ｆ＝４．５５）及び望遠端状態（ｆ＝９．０９）における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、画角２ωと共に表７に示す。
Figure 0004217990
数値実施例２の前記条件式（１）〜（６）対応値を表８に示す。
Figure 0004217990
図１０乃至図１２は数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１０は広角端状態（ｆ＝１．００）、図１１は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５５）、図１２は望遠端状態（ｆ＝９．０９）における諸収差図を示す。
図１３乃至図１５は数値実施例２の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図１３は広角端状態（ｆ＝１．００）、図１４は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５５）、図１５は望遠端状態（ｆ＝９．０９）における横収差図を示す。
図１０乃至図１５の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例２は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図１６は本発明の第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。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２とから構成される。第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２とから構成される。第３レンズ群Ｌ３は物体側面に非球面を有する両凸レンズＬ３１により構成される。第４レンズ群Ｌ４は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの３枚接合レンズＬ４１により構成される。第５レンズ群Ｌ５は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズＬ５１と、物体側に凹面を向け物体側面に非球面を有する負レンズＬ５２とで構成される第５ａレンズ群Ｌ５ａ、凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズＬ５３で構成される第５ｂレンズ群Ｌ５ｂ、両凸レンズＬ５４で構成される第５ｃレンズ群Ｌ５ｃにより構成される。また、開口絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第５レンズ群Ｌ５と像面ＩＰとの間にはフィルタＦＬが配置されている。そして、第５レンズ群Ｌ５の第５ｂレンズ群Ｌ５ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表９に第３の実施の形態に係るズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデータを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ３において、第２レンズ群Ｌ２の負メニスカスレンズＬ２１の像側面（第７面）、第３レンズ群Ｌ３の両凸レンズＬ３１の物体側面（第１２面）、第４レンズ群Ｌ４の３枚接合レンズＬ４１の物体側面（第１４面）、第５レンズ群Ｌ５の第５ａレンズ群Ｌ５ａの負メニスカスレンズＬ５１の像側面（第１９面）、第５レンズ群Ｌ５の第５ａレンズ群Ｌ５ａの負メニスカスレンズＬ５２の物体側面（第２０面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表１０に示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ３において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間の面間隔Ｄ５、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群（開口絞りＳＰ）Ｌ３との間の面間隔Ｄ１０、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の面間隔Ｄ１３及び第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５との間の面間隔Ｄ１７が変化する。そこで、数値実施例３における前記各面間隔の広角端状態（ｆ＝１．００）、中間焦点距離状態（ｆ＝４．５０）及び望遠端状態（ｆ＝９．０２）における各値を焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、画角２ωと共に表１１に示す。
Figure 0004217990
数値実施例３の前記条件式（１）〜（６）対応値を表１２に示す。
Figure 0004217990
図１７乃至図１９は数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図１７は広角端状態（ｆ＝１．００）、図１８は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５０）、図１９は望遠端状態（ｆ＝９．０１７）における諸収差図を示す。
図２０乃至図２２は数値実施例３の無限遠合焦状態における０．５度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図２０は広角端状態（ｆ＝１．００）、図２１は中間焦点距離状態（ｆ＝４．５０）、図２２は望遠端状態（ｆ＝９．０１７）における横収差図を示す。
図１７乃至図２２の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例３は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
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って形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成され、前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足する。
（１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
但し、
ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
とする。
図２３に本発明撮像装置の一実施形態によるデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
デジタルスチルカメラ１０は、被写体像を光学的に取得するレンズ部２０とレンズ部２０で取得した被写体の光学像を電気的画像信号に変換し、且つ、該画像信号に種々の処理を施すと共にレンズ部を制御する機能を有するカメラ本体部３０を備える。
レンズ部２０は、レンズやフィルタ等の光学要素から成るズームレンズ２１、ズーミングに際して変倍群を移動させるズーム駆動部２２、フォーカス群を移動させるフォーカス駆動部２３、シフトレンズ群を光軸に垂直な成分を持つ方向へシフトさせるシフトレンズ駆動部２４、開口絞りの開放度を制御するアイリス駆動部２５を備える。そして、前記ズームレンズ２１には、前記したズームレンズ１〜３の何れか、あるいはそれらの数値実施例、前記実施の形態や数値実施例で示した形態以外の形態で実施した本発明ズームレンズを適用することが出来る。
カメラ本体部３０にはズームレンズ２１で形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子３１を備える。
前記撮像素子３１には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などが適用可能である。撮像素子３１から出力された電気的画像信号は画像処理回路３２で各種処理を施された後、所定の方式でデータ圧縮され、画像データとして画像メモリー３３に一時保存される。
カメラ制御ＣＰＵ（Central Processing Unit）３４はカメラ本体部３０及びレンズ部２０の全体を統括的に制御するものであり、前記画像メモリー３３に一時的に保存された画像データを取り出し、液晶表示装置３５に表示したり、外部メモリー３６に保存したりする。また、外部メモリー３６に保存されている画像データを読み出して液晶表示装置３５に表示する。
シャッターレリーズスイッチ、ズーミングスイッチ、等の操作部４０からの信号がカメラ制御ＣＰＵ３４に入力され、該操作部４０からの信号に基づいて各部を制御する。例えば、シャッターレリーズスイッチが操作されると、カメラ制御ＣＰＵ３４からタイミング制御部３７へ指令が出され、ズームレンズ２１からの光線が撮像素子３１に入力され、且つ、タイミング制御部３７によって撮像素子３１の信号読み出しタイミングが制御される。
ズームレンズ２１の制御に関する信号、例えば、ＡＦ（Auto Focus）信号、ＡＥ（Auto Exposure）信号、ズーミング信号等はカメラ制御ＣＰＵ３４からレンズ制御部３８に送られ、レンズ制御部３８によってズーム駆動部２２、フォーカス駆動部２３、アイリス駆動部２５が制御されて、ズームレンズ２１が所定の状態になる。
また、手振れ、例えば、撮像素子３１の振動を検知する手振れセンサ３９が設けられており、該手振れセンサ３９が手振れを検知すると、その検知信号がカメラ制御ＣＰＵ３４に入力され、カメラ制御ＣＰＵ３４によって補正信号が生成され、該補正信号がレンズ制御部３８を介してカメラ部２０のシフトレンズ駆動部２４に送出され、該シフトレンズ駆動部２４によって手振れによる撮像素子３１における像の変位をキャンセルする方向にシフトレンズ（前記第５レンズ群５Ｌの第５ｂレンズ群）を移動させる。
なお、上記実施の形態では、撮像装置をデジタルスチルカメラとして示したが、これに限らずデジタルビデオカメラとして適用することも出来る。
また、前記各実施の形態において示した各部の形状及び数値は、何れも本発明を実施するための具体化のほんの一例にすぎず、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実施の形態における屈折力配置を示す図である。 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４及び図５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の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図７及び図９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０．５度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 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の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図１４及び図１５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０．５度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 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１８及び図１９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の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図２１及び図２２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０．５度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 本発明撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。
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、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、Ｌ４１…正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚接合レンズ、Ｌ５ａ…第５ａレンズ群、Ｌ５ｂ…第５ｂレンズ群、Ｌ５ｃ…第５ｃレンズ群、Ｌ５１…強い凹面を像側に向けた負レンズ、Ｌ５２…強い凹面を物体側に向けた負レンズ、Ｌ５３…正レンズと負レンズとの接合レンズ、１０…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、２１…ズームレンズ、３１…撮像素子（個体撮像素子）

Claims (10)

  1. 物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成されるズームレンズであって、
    前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、
    前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、
    前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
    但し、
    ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
    ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
    とする。
  2. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （２）０．２５＜ｆ５ｂ／ｆｔ＜０．４
    但し、
    ｆ５ｂ：第５ｂレンズ群の焦点距離
    ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離
    とする。
  3. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （３）５＜ｆ５／｜ｆ５a｜＜７
    但し、
    ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
    とする。
  4. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （４）１．５＜ｆ５／ｆ５ｃ＜２．５
  5. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式（５）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （５）２．５＜ｆ５／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜４
    但し、
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ全系での焦点距離
    とする。
  6. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式（６）を満足することを特徴とするズームレンズ。
    （６）０．８＜ｆ５ｂ／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．０
  7. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    前記第５ｂレンズ群は物体側より像側へ順に位置した、正レンズと負レンズとの接合レンズにより構成されることを特徴とするズームレンズ。
  8. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    前記第４レンズ群は物体側より像側へ順に位置した、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚接合レンズにより構成されることを特徴とするズームレンズ。
  9. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
    固体撮像素子上に像を形成することを特徴とするズームレンズ。
  10. ズームレンズと該ズームレンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第２レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第４レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第５レンズ群とから構成され、
    前記第５レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第５ａレンズ群、正の屈折力を有する第５ｂレンズ群、正の屈折力を有する第５ｃレンズ群から成り、
    前記第５ａレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの２枚のレンズから構成され、
    前記第５ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像装置。
    （１）−４．０＜ｆ５ｃ／ｆ５a＜−１．５
    但し、
    ｆ５ａ：第５ａレンズ群の焦点距離
    ｆ５ｃ：第５ｃレンズ群の焦点距離
    とする。
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