JP4244033B2

JP4244033B2 - ズームレンズ及び撮像装置

Info

Publication number: JP4244033B2
Application number: JP2004300053A
Authority: JP
Inventors: 基之大竹
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: WO2006040948A1; KR20070061472A; US20080212184A1; EP1705508A1; JP2006113257A; US7558003B2; CN1906518A; TWI277766B; EP1705508A4; TW200632366A; CN100429550C

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(Complementary 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、シフトさせるための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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成り、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と同時に、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、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が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、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、像をシフトすることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離、Ｄａを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さとして、条件式（１）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成り、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と同時に、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、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が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、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、像をシフトすることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離、Ｄａを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さとして、条件式（１）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４を満足するものである。

従って、本発明にあっては、可動レンズ群である第４レンズ群の像側に固定レンズ群である第５レンズ群が配置されると共に、像をシフトさせる場合には、開口絞りから離れた位置にあるレンズ（群）を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせる。

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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成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と同時に、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、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が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、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、像をシフトすることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離、Ｄａを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さとして、条件式（１）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成り、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と同時に、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、開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、上記第５レンズ群が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、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、像をシフトすることが可能であり、ｆ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離、Ｄａを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さとして、条件式（１）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４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。

さらに、条件式（１）を満足することにより、第５レンズ群中の正部分群をシフトさせるための駆動機構を小型に構成することが出来ると共に、レンズ全長の小型化と上記正部分群のシフト時（以下、「像シフト時」という）に画面中心部で発生する偏心コマ収差が大きくなりすぎるのを抑えることが出来る。

請求項２及び請求項１０に記載した発明にあっては、Ｄｂを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も物体側の面から開口絞りまでの光軸に沿った長さとして、条件式（２）０．５＜ｆ５ｐ／Ｄｂ＜１．３を満足するので、像シフト時に発生する軸外収差の変動を良好に補正することが出来る。

請求項３、請求項４、請求項１１及び請求項１２に記載した発明にあっては、ｆ５ｎを第５レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離、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（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ＜０．９を満足するので、第５レンズ群中の負部分群で発生する正の球面収差を良好に補正することが出来る。

請求項５乃至請求項８並びに請求項１３乃至請求項１６に記載した発明にあっては、上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、Ｃ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側のレンズ面の曲率（曲率半径の逆数）として、条件式（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２を満足するので、第５レンズ群中の正部分群で発生する諸収差を良好に補正して、像シフト時にも良好な光学性能を得ることが出来る。

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、正の屈折力又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。

開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置される。

本発明ズームレンズにおいては、第２レンズ群と第４レンズ群を光軸方向に移動可能な構造とすることでズーム時やフォーカス時における駆動方法に従来と同様の駆動方法を採用することが出来る。また、第４レンズ群よりも像側に配置される第５レンズ群中の正部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせて像シフトを行うため、ズーム時やフォーカス時の駆動機構及び開口絞りを駆動する機構との干渉が少なく、各レンズ群同士の間隔を狭めることが可能となる。その結果、レンズ系の小型化及び手ブレ補正時に画像の劣化が少ない状態での像シフトが可能である。

また、本発明ズームレンズにあっては、像シフトを行わない場合であっても、十分に高い光学性能を発揮することが出来る。従来、光学系の像側に色分解用プリズムを配置したズームレンズでは、可動である第４レンズ群を３枚構成とする場合が多く、第４レンズ群が重くなって、オートフォーカスの高速化や駆動機構の構成の簡易化が難しいという問題があっが、本発明ズームレンズにあっては、可動である第４レンズ群の像側に光軸方向に固定された第５レンズ群を配置することにより、第４レンズ群を構成するレンズ枚数を減らすことが可能であり、第４レンズ群の軽量化に伴い、オートフォーカスの高速化及び第４レンズ群を駆動するための駆動機構の構成の簡易化を図ることが可能になる。

本発明ズームレンズは、ｆ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離、Ｄａを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さとして、以下の条件式（１）を満足する。

（１）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４
上記条件式（１）は第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離とバックフォーカスとの比率を規定する条件式であり、ブレ補正係数を規定する条件式である。

ブレ補正係数とは所定のレンズ群を光軸とほぼ垂直な方向に移動させた際のレンズシフト量に対する像シフト量の比率である。本発明ではシフトレンズ群（第５レンズ群中の正部分群）が最も像側に配置されるため、正部分群の横倍率をβｓとすると、ブレ補正係数γは以下の式で示される。

γ＝１−βｓ
例えば、条件式（１）が１となる場合、正部分群に入射する軸上光束は平行光に近く、βｓがほとんど０となるためにブレ補正係数γは１に近い数値となる。また、条件式（１）が１より大きな数値となる場合、βｓが正の値に、逆に条件式（１）が１より小さな数値となる場合、βｓは負の値となる。

本発明ズームレンズにおいては、条件式（１）の上限値を上回った場合、ブレ補正係数が小さくなって、所定量だけの像シフトを行う際に必要なレンズシフト量が大きくなりすぎて駆動機構の大型化を引き起こしてしまう。

逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、分母が大きくなる場合にはレンズ全長の大型化を引き起こしてしまう。また、分子が小さくなる場合にはシフトレンズ群の焦点距離が短くなりすぎて、像シフト時に画面中心部において発生する偏心コマ収差が大きくなりすぎて、その補正が困難になり、所定の光学性能を確保することができなくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいては、像シフト時に発生する軸外収差の変動を良好に補正するために、Ｄｂを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も物体側の面から開口絞りまでの光軸に沿った長さとして、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。

（２）０．５＜ｆ５ｐ／Ｄｂ＜１．３
上記条件式（２）は第５レンズ群中の正部分群の焦点距離と開口絞りと正部分群との間の間隔との比を規定する条件式であり、射出瞳の位置を規定する条件式である。

条件式（２）の上限値を上回った場合、射出瞳位置が像面位置に近づく、すなわち、ＣＣＤに入射する主光線が光軸から離れるように進むようになってしまい、所定の周辺光量を得るためにはレンズ径の大型化が避けられない。

逆に、条件式（２）の下限値を下回った場合、分母が大きくなる場合にはレンズ全長の大型化を引き起こしてしまう。また、分子が小さくなる場合には、レンズシフト時に発生する入射角度の変化が大きくなりすぎてしまう。その結果、画面中心部で手ブレを良好に補正しても、画面周辺部では像ブレが補正できなくなってしまう。

本発明においては、更なる高性能化を図るためには、ｆ５ｎを第５レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離、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（３）を満足することが望ましい。

（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ
上記条件式（３）は第５レンズ群中の負部分群の焦点距離を規定する条件式である。

条件式（３）の下限値を下回った場合、負部分群において発生する正の球面収差をより良好に補正することが難しく、所定の光学性能が得られなくなってしまう。

本発明ズームレンズにおいては、第５レンズ群中の正部分群単独で発生する諸収差を良好に補正して、像シフト時にも更に良好なる光学性能を得るには、正部分群を少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとで構成し、Ｃ５ｐを第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側のレンズ面の曲率（曲率半径の逆数）として、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。

（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
上記条件式（４）は正部分群の最も像側のレンズ面の曲率半径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（曲率半径が緩くなる）、像シフト時に画面中心部で発生するコマ収差の発生を抑え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（曲率半径がキツくなる）、像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ってしまう。

本発明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、より高い光学性能を実現することができる。特に、第５レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能のさら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、本発明ズームレンズに複数の非球面を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、モアレ縞の発生を防ぐために、第５レンズ群の像側にローパスフィルタを配置したり、ＣＣＤ等の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は光軸方向に固定であって、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は正メニスカスレンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は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正レンズ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及び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正レンズＬ５２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時に固定である。

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、接合正レンズＬ５２が正部分群として機能し、接合正レンズＬ５２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の像側にプリズムＰＰ、及び、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１３面、第２１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Ｄ１３、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し、図３は広角端状態（ｆ＝2.940）、図４は中間焦点距離状態（ｆ＝7.312）、図５は望遠端状態（ｆ＝27.628）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し、図６は広角端状態（ｆ＝2.940）、図７は中間焦点距離状態（ｆ＝7.312）、図８は望遠端状態（ｆ＝27.628）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は負メニスカスレンズＬ３１及び両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は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正レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は両凹レンズＬ５１及び両凸レンズＬ５２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時に固定である。

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、両凸レンズＬ５２が正部分群として機能し、両凸レンズＬ５２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の像側にプリズムＰＰ、及び、ローパスフィルタＬＰＦが配置されている。

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２１面、第２２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Ｄ１５、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１８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し、図１０は広角端状態（ｆ＝2.941）、図１１は中間焦点距離状態（ｆ＝7.312）、図１２は望遠端状態（ｆ＝27.615）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し、図１３は広角端状態（ｆ＝2.941）、図１４は中間焦点距離状態（ｆ＝7.312）、図１５は望遠端状態（ｆ＝27.615）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は負メニスカスレンズＬ３１及び両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は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正レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は両凹レンズＬ５１及び両凸レンズＬ５２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、両凸レンズＬ５２が正部分群として機能し、両凸レンズＬ５２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の像側にプリズムＰＰ、及び、ローパスフィルタＬＰＦが配置されている。

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２１面、第２２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Ｄ１５、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔Ｄ１８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し、図１７は広角端状態（ｆ＝2.942）、図１８は中間焦点距離状態（ｆ＝7.313）、図１９は望遠端状態（ｆ＝27.617）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し、図２０は広角端状態（ｆ＝2.942）、図２１は中間焦点距離状態（ｆ＝7.313）、図２２は望遠端状態（ｆ＝27.617）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（この時に、手振れが発生した場合には、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…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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成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と同時に、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、
開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、
上記第５レンズ群が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、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、像をシフトす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）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４
但し、
ｆ５ｐ：第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離
Ｄａ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さ
とする。
以下の条件式（２）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）０．５＜ｆ５ｐ／Ｄｂ＜１．３
但し、
Ｄｂ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も物体側の面から開口絞りまでの光軸に沿った長さ
とする。
以下の条件式（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。
（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ＜０．９
但し、
ｆ５ｎ：第５レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離
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。
以下の条件式（３）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。
（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ＜０．９
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項１に記載のズームレンズ。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
但し、
Ｃ５ｐ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側のレンズ面の曲率（曲率半径の逆数）
とする。
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項２に記載のズームレンズ。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項３に記載のズームレンズ。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項４に記載のズームレンズ。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
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、正の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて成り、
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と同時に、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、
開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置され、
上記第５レンズ群が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、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、像をシフトす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）０．６＜ｆ５ｐ／Ｄａ＜１．４
但し、
ｆ５ｐ：第５レンズ群中に配置される正部分群の焦点距離
Ｄａ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側の面から近軸像位置までの光軸に沿った長さ
とする。
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
（２）０．５＜ｆ５ｐ／Ｄｂ＜１．３
但し、
Ｄｂ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も物体側の面から開口絞りまでの光軸に沿った長さ
とする。
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ＜０．９
但し、
ｆ５ｎ：第５レンズ群中に配置される負部分群の焦点距離
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。
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
（３）０．３＜|ｆ５ｎ|／ｆｔ＜０．９
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項９に記載の撮像装置。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
但し、
Ｃ５ｐ：第５レンズ群中に配置される正部分群の最も像側のレンズ面の曲率（曲率半径の逆数）
とする。
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項１０に記載の撮像装置。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項１１に記載の撮像装置。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２
上記第５レンズ群中に配置される正部分群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを有しており、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とす請求項１２に記載の撮像装置。
（４）−５＜Ｃ５ｐ・ｆｔ＜−２