JP4221670B2

JP4221670B2 - ズームレンズ及び撮像装置

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Publication number: JP4221670B2
Application number: JP2004287438A
Authority: JP
Inventors: 基之大竹
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Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2009-02-12
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Description

本発明はズームレンズ及び撮像装置に関し、特に、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適切であり、また、手振れ補正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。

従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementtary Metal-Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を、各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して、記録する方法が知られている。

近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。また、受光素子においても高集積化や小型化が図られ、高集積化により、より高い空間周波数の記録が可能となり、小型化により、カメラ全体の小型化が図れるようになって来た。

また、広範な撮影状況の中での使用が可能なように、ズームレンズへの要求が高く、特に、大きなズーム比への要求が高くなって来ている。

ところで、ズーム比が大きな光学系では望遠端状態における画角が狭くなるため、微小な手ブレによっても、像のブレが大きく発生してしまう。このため、特にズーム比が大きなビデオカメラでは、手ブレを補正するように受光素子の画像取り込み範囲をシフトさせる、所謂、電子式手ブレ補正システムが知られている。

また、従来より、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た際に発生する光学性能の劣化を補正する、所謂、手ブレ補正光学系が知られている。

手ブレ補正光学系は、例えば、シャッターレリーズに起因するような手ブレに伴う、カメラのブレを検出する検出系、検出系から出力される信号に基づきレンズ位置に補正量を与える制御系、制御系からの出力に基づき所定のレンズをシフトさせる駆動系とを組み合わせることにより、光学式手ブレ補正システムとして機能させることが可能である。

この光学式手ブレ補正システムでは、駆動系によるレンズのシフトによって像をシフトさせることが可能であり、カメラのブレに伴う像のブレを駆動系によるレンズのシフトによって補正することが可能である。

これら手ブレ補正光学系としては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されたものが知られている。

特許文献１に示されたズームレンズでは、開口絞りの像側に配置される第３レンズ群が負部分群と正部分群とで構成され、上記正部分群をシフトさせることにより、像をシフトさせている。

特許文献２に示されたズームレンズでは、開口絞りの像側に配置される第３レンズ群が正部分群と負部分群とで構成され、上記正部分群をシフトさせることにより、像をシフトさせていた。

特許文献３に示されたズームレンズでは、第３レンズ群全体をシフトさせることにより、像をシフトさせていた。

特開２００２−２４４０３７号公報特開２００３−２２８００１号公報特開２００３−２９５０５７号公報

上記した従来の手ブレ補正光学系では、開口絞り近傍のレンズ群をシフトさせていたため、シフトさせる駆動機構と開口絞りの開閉を行う機構、ズーミングやフォーカシング時に各レンズを光軸方向に移動させる機構とが干渉しやすくなってしまい、鏡筒が径方向に大きくなってしまうという問題点があった。

本発明の目的は上記問題点を解決し、レンズ枚数が増えることなく、小型化に適した手ブレ補正可能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、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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成され、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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（１）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５を満足するものである。

また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、上記ズームレンズは、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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成され、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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（１）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５を満足するものである。

従って、本発明にあっては、開口絞りから離れた位置にあるレンズを光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせて像をシフトさせる。

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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成されるズームレンズにおいて、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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（１）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５を満足することを特徴とする。

また、本発明撮像装置は、ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成され、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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式（１）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５を満足することを特徴とする。

従って、本発明にあっては、第５レンズ群を配置することにより、可動である第４レンズ群のレンズ枚数を減らして、軽量化することにより、第４レンズ群を駆動する機構の構造の簡易化を図り、レンズ系を小型化することができる。

また、手振れ補正機構を搭載する場合に、レンズを光軸とほぼ直交する方向にシフトさせる機構がズーミングやフォーカシングのためのレンズ駆動機構や絞り開閉機構と干渉することが無く、鏡筒の大きさ、特に径方向の大きさを小型に構成することが出来る。また、条件式（１）を満足することにより、コマ収差の良好な補正が可能であり、且つ、手振れ補正のためのレンズシフト機構の小型化が可能である。

そして、本発明撮像装置は、上記したズームレンズを使用することにより、手振れ補正機構を搭載した場合でも、小型に構成することが出来、且つ、コマ収差が良好に補正された画像を得ることが出来る。

請求項２又は請求項１８に記載した発明にあっては、Ｄｆを開口絞りから正部分群のもっとも物体側のレンズ面までの光軸に沿った長さ、ｒｐを正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径として、条件式（２）０．４＜ｒｐ／Ｄｆ＜０．８を満足するので、第５レンズ群における負部分群と正部分群との間の軸倒れに対する敏感度を軽減して、組み立て精度の性能に対する影響を少なくし、且つ、手振れ補正時の画面周辺部におけるコマ収差の変動を小さく抑えることが出来る。

請求項３、請求項４、請求項１９及び請求項２０に記載した発明にあっては、ｒｎを負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径として、条件式（３）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２を満足するので、手振れ補正時に画面周辺部で発生するコマ収差の変動をより良好に補正することが出来る。

請求項５乃至請求項８及び請求項２１乃至請求項２４に記載した発明にあっては、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離として、条件式（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２を満足するので、さらなる小型化を達成することが出来る。

請求項９乃至請求項１６及び請求項２５乃至請求項３２に記載した発明にあっては、上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されるので、さらに、手振れ補正時に発生するコマ収差の変動を抑え、且つ、さらなるレンズ全長の短縮化が可能である。

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。

本発明にかかるズームレンズは、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、正の屈折力あるいは負の屈折力を有する第５レンズ群を配置して成る。

第２レンズ群がズーム機能、第４レンズ群がコンペンゼート機能を有し、これを組み合わせることにより、第２レンズ群が物体側から像側に移動する際に、像面位置を一定に保ったまま、広角端状態から望遠端状態まで焦点距離が変化する。

第４レンズ群は上記したコンペンゼート機能を有すると同時にフォーカス機能を有し、被写***置の変化による像面位置の変動を補償する。

第５レンズ群は負部分群とその像側に空気間隔を隔てて配置される正部分群とにより構成され、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り、像シフトを行うことができる。

開口絞りは第３レンズ群の物体側に配置する。

従来の第３レンズ群全体やその一部を光軸に垂直な方向にシフトさせる方法では、第３レンズ群が正部分群と負部分群により構成されており、第２レンズ群により発散された光束を更に発散させていたため、レンズ全長の短縮化には不向きであった。

また、開口絞りが第３レンズ群の物体側に配置され、可動のレンズ群である第２レンズ群と第４レンズ群が第３レンズ群の物体側と像側に配置されていた。このため、第３レンズ群全体やその一部を光軸に垂直な方向にシフトしようとすると、シフトのための駆動機構が可動レンズ群の駆動機構や開口絞りの開閉機構等との干渉を引き起こし、レンズ径の増大や光軸方向に大きなスペースを空ける必要が生じるため、レンズ全長の短縮化や小径化には不向きであった。

このため、本発明においては、第４レンズ群の像側に負部分群と正部分群とにより構成される第５レンズ群を配置し、正部分群をシフトする構成とすることにより、可動レンズ群や開口絞りの開閉機構等との干渉を防ぎ、スペース効率を高めて、レンズ全長の短縮化や小径化が達成できる。

第５レンズ群は開口絞りから離れて配置されるため、第５レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて通過する。このため、正部分群をシフトさせた際にコマ収差の変動が発生しやすく、以下の（イ）、（ロ）２項目を満足するように構成することが肝要である。
（イ）正部分群の屈折力をできるだけ弱めること
（ロ）負部分群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向け、且つ、正部分群の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けること
正部分群の屈折力が強まると、より大きな口径比の光束が入射するために、軸上収差をより良好に補正する必要が生じる。このため、軸外収差の補正を同時に行うことが難しくなり、特に、シフトさせた際に発生するコマ収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。

このため、正部分群の屈折力をできるだけ弱める、すなわち、上記（イ）を満足することが肝要である。

なお、正部分群の屈折力を弱めすぎるとレンズ全長の大型化を引き起こしてしまう。

正部分群と像面までの距離を一定とした際に、正部分群の屈折力を弱めるには、正部分群の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けることが肝要である。

ところが、上記レンズ面が物体側に強い凸面を向けると、正部分群をシフトさせた際に発生するコマ収差の変動が大きくなってしまう。

本発明においては、負部分群の最も像側のレンズ面が同時に像側に凹面を向ける構成とすることにより、正部分群をシフトさせた際に発生する画面上側と画面下側に向かう光束の光路長の変化を抑えて、上記コマ収差の変動を良好に補正しており、上記（ロ）を満足することが肝要である。

以上のように構成することにより、本発明にかかるズームレンズは小型でありながら、第５レンズ群中の正部分群をシフトさせた際に発生する画像の劣化を抑えることが可能である。

本発明にかかるズームレンズは、ｆ５ｐを第５レンズ群中の正部分群の焦点距離、ｆｔを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、以下の条件式（１）を満足することが必要である。
（１）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５
上記条件式（１）は第５レンズ群中の正部分群の焦点距離を規定する条件式であり、上記（イ）を具体的に数値限定する条件式である。

条件式（１）の下限値を下回った場合、軸外光束は光軸より離れた位置を通過するため、正部分群を光軸に対して垂直な方向にシフトさせた際に発生するコマ収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。

逆に、条件式（１）の上限値を上回った場合、ブレ補正係数が低下するか、レンズ全長が長くなる。前者の場合、所定の像ブレ量を補正するのに必要なレンズのシフト量が大きくなってしまうため、レンズをシフトさせるための駆動機構の大型化を引き起こしてしまう。後者の場合、さらなるレンズ系の小型化が難しくなってしまう。

本発明にかかるズームレンズは、製造時にもより安定した光学性能を確保するために、Ｄｆを開口絞りから正部分群のもっとも物体側のレンズ面までの光軸に沿った長さ、ｒｐを正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径として、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．４＜ｒｐ／Ｄｆ＜０．８
上記条件式（２）は第５レンズ群中の正部分群のレンズ形状を規定する条件式であり、上記（ロ）の構成を満足した上で、さらに形状を具体的に数値限定する条件式である。

条件式（２）の上限値を上回った場合（曲率半径が大きくなる）、正部分群の主点位置が像側に移動し、正部分群の屈折力が強まるために、シフト時に画面周辺部で発生するコマ収差の変動が大きくなり、シフト時にも良好な結像性能を確保することが難しくなってしまう。

条件式（２）の下限値を下回った場合（曲率半径が小さくなる）、製造時に負部分群と正部分群との間に発生する微小なる傾き（軸倒れ）によって画面周辺部の光学性能が劣化してしまい、所定の光学性能が得られなくなってしまう。また、微小なる傾きを抑えるには複雑な構造が必要であり、コストアップの要因となってしまう。

本発明にかかるズームレンズは、手ブレ補正（正部分群のシフト）時に画面周辺部で発生するコマ収差の変動をより良好に補正するために、ｒｎを負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２
上記条件式（３）は第５レンズ群中の負部分群と正部分群との間に形成される空気間隔の形状を規定する条件式である。

条件式（３）の上限値を上回った場合、（前側のＲが緩くなる）シフト時に画面周辺部において発生するコマ収差の変動が大きくなってしまい、シフト時に充分な光学性能が得られなくなってしまう。

逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合、（前側のＲがキツくなる）シフト時に負部分群と正部分群とが干渉しないように空気間隔を広げざるを得なくなり、スペース効率を高くすることが出来ない。また、同時に正部分群の主点位置が像側に移動するため、正部分群の屈折力を強めざるを得ず、シフト時に発生する「画角の変化」を抑えることが難しくなってしまう。

なお、上記「画角の変化」とは、シフト時に起こる画面中心部での画角変化と画面周辺部で起こる画角変化との差を意味する。この「画角の変化」が大きくなると、画面中心部で手ブレを良好に補正しても画面周辺部では手ブレが良好に補正できないこととなり、像位置の安定化が充分に行えなくなる。

本発明にかかるズームレンズは、少なくとも上記条件式（１）を満足した上で、さらなる小型化を図るために、ｆ５を第５レンズ群の焦点距離として、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
上記条件式（４）は第５レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（４）の上限値を上回った場合（第５レンズ群が強い正の屈折力有することとなる）、第４レンズ群の屈折力が弱まり、第４レンズ群の広角端状態から望遠端状態まで焦点距離が変化する際の移動量、近距離合焦に際する移動量が大きくなってしまい、レンズ全長の短縮化を充分に図ることができなくなってしまう。

逆に、条件式（４）の下限値を下回った場合（第５レンズ群が強い負屈折力を有することとなる）、第１レンズ群及び第２レンズ群の屈折力が強まり、特に、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズ径の大型化を引き起こしてしまう。

本発明にかかるズームレンズにおいては、さらなるレンズ全長の短縮化や第５レンズ群中の正部分群のシフト時に発生するコマ収差の変動を抑えるために、正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズとで構成されることが望ましい。第５レンズ群中の正部分群を正レンズと負レンズとで構成することにより、合成の主点位置が物体側に移動するため正部分群の焦点距離を緩和できるからである。

本発明にかかるズームレンズにおいては、非球面レンズを用いることにより、より高い光学性能が実現できる。特に、第５レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能の更なる高性能化が可能となる。また、第２レンズ群に非球面レンズを用いることにより、広角端状態において発生する画角によるコマ収差の変動を良好に補正することも可能である。

さらに、複数の非球面を１つの光学系に用いることでより高い光学性能が得られるのは言うまでもない。

また、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、受光素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも勿論、可能である。

以下に、本発明ズームレンズの各実施の形態及び数値実施例を説明する。

なお、各実施の形態において非球面が用いられるが、非球面形状は次の数１式によって表される。

ここで、
ｙ：光軸からの高さ
ｘ：サグ量
ｃ：曲率
κ：円錐定数
Ｃ_４、Ｃ_６、…：非球面係数
である。

図１は本発明の各実施の形態にかかるズームレンズの屈折力配分を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力又は負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５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Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔は減少するように、第２レンズ群Ｇ２が像側へ移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定であって、第４レンズ群Ｇ４が第２レンズ群Ｇ２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ともに近距離合焦時に物体側へ移動する。

図２は本発明ズームレンズの第１の実施の形態によるレンズ構成を示しており、第１レンズ群Ｇ１は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及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹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Ｌ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズと負メニスカスレンズとの接合正レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は像側に凹面を向けた負レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２及び物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５３により構成される。

この第１の実施の形態では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化に依らず固定される。

この第１の実施の形態では、第５レンズ群Ｇ５中に配置される負レンズＬ５１が負部分群、正レンズＬ５２と負レンズＬ５３が正部分群として機能し、正部分群が光軸に垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトすることが可能である。

また、第５レンズ群Ｇ５の像側にローパスフィルタＬＰＦが配置されている。

表１に上記した第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を掲げる。この数値実施例１及び後に説明する各数値実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、２ωは画角を表し、屈折率及びアッベ数はｄ線（λ=587.6nm）に対する値である。なお、表１中で曲率半径０とは平面を示す。

第１２面、第１５面、第１６面、第１９面、第２０面の各レンズ面は非球面で構成されており、非球面係数は表２に示す通りである。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、「0.26029E-05」は「0.26029×10⁻⁵」を表している。

広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔ｄ１４、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１６が変化する。そこで、表３に上記各面間隔の広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態及び望遠端状態における各値を焦点距離ｆと共に示す。

表４に数値実施例１における各条件式（１）、（２）、（３）、（４）対応値を示す。

図３乃至図５に上記数値実施例１の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示す。図３は広角端状態（ｆ＝5.510）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝22.612）、図５は望遠端状態（ｆ＝49.982）における諸収差図を示すものである。

図３乃至図５の各収差図において、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は画角を示す。

図６乃至図８に上記数値実施例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それぞれ示す。図６は広角端状態（ｆ＝5.510）、図７は中間焦点距離状態（ｆ＝22.612）、図８は望遠端状態（ｆ＝49.982）における横収差図を示すものである。

各収差図から、数値実施例１にあって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は本発明ズームレンズの第２の実施の形態によるレンズ構成を示しており、第１レンズ群Ｇ１は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及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹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Ｌ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズと負メニスカスレンズとの接合正レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は像側に凹面を向けた負レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２及び物体側に凹面を向けた負レンズＬ５３により構成される。

この第２の実施の形態では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化に依らず固定される。

この第２の実施の形態では、第５レンズ群Ｇ５中に配置される負レンズＬ５１が負部分群、正レンズＬ５２と負レンズＬ５３が正部分群として機能し、正部分群が光軸に垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトすることが可能である。

表５に上記した第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を掲げる。

第１２面、第１５面、第１６面、第１９面、第２０面の各レンズ面は非球面によって構成されており、非球面係数は表６に示す通りである。

広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔ｄ１４、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１６が変化する。そこで、表７に上記各面間隔の広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態及び望遠端状態における各値を焦点距離ｆと共に示す。

表８に数値実施例２における各条件式（１）、（２）、（３）、（４）対応値を示す。

図１０乃至図１２に上記数値実施例２の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示す。図１０は広角端状態（ｆ＝5.510）、図１１は中間焦点距離状態（ｆ＝22.511）、図１２は望遠端状態（ｆ＝49.971）における諸収差図を示すものである。

図１０乃至図１２の各収差図において、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は画角を示す。

図１３乃至図１５に上記数値実施例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す。図１３は広角端状態（ｆ＝5.510）、図１４は中間焦点距離状態（ｆ＝22.511）、図１５は望遠端状態（ｆ＝49.971）における横収差図を示すものである。

各収差図から、数値実施例２にあって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は本発明ズームレンズの第３の実施の形態によるレンズ構成を示しており、第１レンズ群Ｇ１は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及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２により構成され、第２レンズ群Ｇ２は像側に凹面を向けた負レンズＬ２１及び両凹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Ｌ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凸レンズと負メニスカスレンズとの接合正レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は像側に凹面を向けた負レンズＬ５１、両凸レンズＬ５２及び両凹形状の負レンズＬ５３により構成される。

この第３の実施の形態では、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置され、レンズ位置状態の変化に依らず固定される。

この第３の実施の形態では、第５レンズ群Ｇ５中に配置される負レンズＬ５１が負部分群、正レンズＬ５２と負レンズＬ５３が正部分群として機能し、正部分群が光軸に垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトすることが可能である。

表９に上記した第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を掲げる。

第１２面、第１５面、第１６面、第１９面、第２０面の各レンズ面は非球面によって構成されており、非球面係数は表１０に示す通りである。

広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の面間隔ｄ５、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳとの間の面間隔ｄ１０、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の面間隔ｄ１４、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１６が変化する。そこで、表１１に上記各面間隔の広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態及び望遠端状態における各値を焦点距離ｆと共に示す。

表１２に数値実施例３における各条件式（１）、（２）、（３）、（４）対応値を示す。

図１７乃至図１９に上記数値実施例３の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示す。図１７は広角端状態（ｆ＝5.510）、図１８は中間焦点距離状態（ｆ＝22.513）、図１９は望遠端状態（ｆ＝49.970）における諸収差図を示すものである。

図１７乃至図１９の各収差図において、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は画角を示す。

図２０乃至図２２に上記数値実施例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す。図１３は広角端状態（ｆ＝5.510）、図１４は中間焦点距離状態（ｆ＝22.513）、図１５は望遠端状態（ｆ＝49.970）における横収差図を示すものである。

各収差図から、数値実施例３にあって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２３に上記した本発明ズームレンズを使用した撮像装置の実施の形態を示す。なお、図２３に示す実施の形態は本発明をデジタルスチルカメラに適用したものである。

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。なお、レンズ駆動制御部８０には、シャッターレリーズ時に生じる予期しないカメラの振動、いわゆる手振れの方向と量を検出する検出系、上記検出系の検出結果に基づき手振れによる画像のブレをキャンセルする方向に及び画像の上記ブレをキャンセルするに足りる量だけ第５レンズ群Ｇ５中の正部分群を光軸に垂直な方向に移動（シフト）させる駆動系を有する手振れ補正機構が含まれている。

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（上記実施の形態乃至数値実施例１乃至３にかかるズームレンズ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（この時、上記した手振れ補正機構が作動して、手振れによる画像のシフトを補正する）、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。

なお、上記した実施の形態では、本発明をデジタルスチルカメラに適用したものを示したが、本発明の適用がデジタルスチルカメラへの適用に限られることを示すものではなく、デジタルビデオカメラ、その他のカメラにも適用できることは勿論である。

また、上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。

小型軽量で、且つ、優れた性能を有し、手振れ補正機能をも備えることが出来る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が出来、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に広く利用することが出来る。

本発明ズームレンズの屈折力配置と変倍時における各レンズ群の可動の可否を示す図である。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乃至図８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の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横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乃至図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の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横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１８乃至図２２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の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ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、歪曲収差及びコマ収差を示すものである。広角端状態における横収差を示すものである。中間焦点距離状態における横収差を示すものである。望遠端状態における横収差を示すものである。デジタルスチルカメラに適用した本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

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、Ｌ５１…負部分群、Ｌ５２、Ｌ５３…正部分群、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子

Claims

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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成されるズームレンズにおいて、
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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、
開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、
上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフト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）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５
但し、
ｆ５ｐ：第５レンズ群中の正部分群の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。
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）０．４＜ｒｐ／Ｄｆ＜０．８
但し、
Ｄｆ：開口絞りから正部分群のもっとも物体側のレンズ面までの光軸に沿った長さ
ｒｐ：正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径
とする。
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）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２
但し：
ｒｎ：負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径
とする。
請求項２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）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
但し、
ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
とする。
請求項２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）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項３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）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項４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）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項２に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項３に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項４に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項５に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項６に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項７に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
請求項８に記載のズームレンズにおいて、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負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。
ズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
上記ズームレンズは、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負部分群と正の屈折力を有する正部分群とにより構成される第５レンズ群の５つのレンズ群が配列されて構成され、
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、上記第１レンズ群が光軸方向に固定され、上記第２レンズ群が像側へ移動し、上記第３レンズ群が光軸方向に固定され、上記第４レンズ群が上記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償する時と、近距離合焦時に光軸方向に移動し、上記第５レンズ群が光軸方向に固定され、
開口絞りが前記第３レンズ群の近傍に配置され、
上記第５レンズ群は、上記負部分群のもっとも像側のレンズ面が像側に凹面を向け、上記正部分群のもっとも物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けて、上記正部分群が光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフト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）０．２＜ｆ５ｐ／ｆｔ＜０．５
但し、
ｆ５ｐ：第５レンズ群中の正部分群の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。
請求項１７に記載の撮像装置において、
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
（２）０．４＜ｒｐ／Ｄｆ＜０．８
但し、
Ｄｆ：開口絞りから正部分群のもっとも物体側のレンズ面までの光軸に沿った長さ
ｒｐ：正部分群のもっとも物体側のレンズ面の曲率半径
とする。
請求項１７に記載の撮像装置において、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする撮像装置。
（３）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２
但し：
ｒｎ：負部分群のもっとも像側のレンズ面の曲率半径
とする。
請求項１８に記載の撮像装置において、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする撮像装置。
（３）−０．２＜（ｒｐ−ｒｎ）／（ｒｐ＋ｒｎ）＜０．２
請求項１７に記載の撮像装置において、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
但し、
ｆ５：第５レンズ群の焦点距離
とする。
請求項１８に記載の撮像装置において、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項１９に記載の撮像装置において、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項２０に記載の撮像装置において、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする撮像装置。
（４）−０．２＜ｆｔ／ｆ５＜０．２
請求項１７に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項１８に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項１９に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項２０に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項２１に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項２２に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項２３に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
請求項２４に記載の撮像装置において、
上記正部分群が正レンズとその像側に配置される負レンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。