JP5727513B2

JP5727513B2 - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5727513B2
Application number: JP2012547713A
Authority: JP
Inventors: 領子富岡
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN103250083B; JPWO2012077338A1; WO2012077338A1; US20130258162A1; CN103250083A; US8824061B2

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等に使用されるのに好適なズームレンズ、および該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータの一般家庭への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルカメラが広く普及している。このようなデジタルカメラに用いられるレンズ系としてはズームレンズが主流となってきている。最近では、ズーム倍率の高倍化に加え、カメラの小型化に対する要望が高まってきている。

従来知られているカメラ用の５群構成のズームレンズとしては、例えば下記特許文献１〜４に記載のものがある。そのうち、特許文献２〜４は、光路を途中で折り曲げた屈曲光学系を構成するものである。特許文献１には、変倍の際に５つのレンズ群全てが移動するように構成されたズームレンズが記載されている。特許文献２には、第５レンズ群が正のレンズ群であり、第２レンズ群が物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズを配列した３枚構成であるズームレンズが記載されている。特許文献３、４には、第２レンズ群が物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズを配列した４枚構成であるズームレンズが記載されている。

特開平９−２３０２３７号公報特開２０１０−２１７２２８号公報特開２００５−１８１６３５号公報特開２００９−１９８７２２号公報

近年では上記分野のズームレンズに対して、例えば５倍程度の高倍率を確保した上で、広角に構成され、撮像装置に搭載された際に装置の小型化が可能で、さらに安価であることが要望されている。しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、外径の大きいレンズを含む最も物体側の第１レンズ群が移動群であるため、このレンズ群を移動させるための駆動系も大型となり、小型化と低コスト化という点で不都合がある。特許文献２に記載のズームレンズは、広角端の全画角が約８２度と広角であるが、最も物体側の外径の大きいレンズが高屈折率の非球面レンズであるため、コストが重視される場合は不利である。特許文献３に記載のズームレンズは、５倍程度の変倍比を有するが、広角端の全画角が６５度程度であり、広角とは言い難い。特許文献４に記載のズームレンズは、変倍比が約６．７倍であり、広角端の全画角が８０度程度あるが、全長が長く、構成レンズ枚数も多いため、小型化と低コスト化という点では改良の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、良好な光学性能と高倍率を確保しながら、小型化および広角化が図られ、安価に構成可能なズームレンズ、および該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１のズームレンズは、物体側から順に、変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍および合焦の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、第１レンズ群を構成するレンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズが配列された４枚構成、あるいは、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズが配列された４枚構成であり、下記条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．７０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．９５ … （２）
ただし、
ｆＧ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
本発明の第２のズームレンズは、物体側から順に、変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍および合焦の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、第１レンズ群を構成するレンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズが配列された４枚構成、あるいは、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズが配列された４枚構成であり、第２レンズ群において最も像側に配置されるレンズが少なくとも１面の非球面を有し、下記条件式（３）を満足することを特徴とするものである。
−０．３＜ｆｗ／ｆ２４＜０．３ … （３）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２４：第２レンズ群において最も像側に配置されるレンズの焦点距離

本発明のズームレンズでは、物体側から順に、屈折力が正、負、正、正、負の５つのレンズ群を配設し、変倍時に第２レンズ群、第４レンズ群、および第５レンズ群を移動するようになされた５群方式のズームレンズにおいて、第１レンズ群を変倍および合焦の際に常時固定とし、レンズ構成を好適に設定し、特に、第２レンズ群を４枚構成としてそのパワー配置を最適化したことで、良好な光学性能と高倍率を確保しながら小型、広角、安価な構成を実現することが容易になる。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の前群と後群との間の光路を折り曲げる反射部材をさらに備えることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９０ … （１）
ただし、
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群が、少なくとも１枚のプラスチック材質からなる非球面レンズを有することが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１０．０＜ＴＬ／（ｆｗ×ｔａｎ（ωｗ））＜１３．０ … （４）
ただし、
ＴＬ：全系の最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ωｗ：広角端における半画角

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の前群が、１枚の負の屈折力を有する球面レンズからなることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の後群が、ともに正の屈折力を有する２枚のレンズからなり、該２枚のレンズのうち少なくとも物体側のレンズが、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることが好ましい。

なお、上記本発明のズームレンズにおけるレンズの屈折力の符号は、各レンズが非球面レンズの場合は近軸領域におけるものとする。

なお、最大像高は、例えば、ズームレンズがその像面に配置される撮像素子とともに装置に搭載される場合は、その撮像素子の撮像面の寸法に基づき決めるようにしてもよい。
例えば、撮像面が矩形であり、ズームレンズの光軸が撮像面の中心を通るように構成されて、他に像高を制限する要因がない場合は、撮像面の対角長の半分を像高とすることができる。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明のズームレンズによれば、５群方式のズームレンズにおいて、レンズ構成を好適に設定し、特に第２レンズ群の構成を最適化しているため、良好な光学性能と高倍率を確保しながら、小型化および広角化が可能であり、安価に構成することができる。

本発明の撮像装置によれば、本発明のズームレンズを備えているため、良好な光学性能と高倍率を備えた高い撮像性能を確保しながら、広い画角での撮像が可能で、小型に構成でき、低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである第１レンズ群のレンズの外径形状を説明するための図である本発明の実施例１のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである本発明の実施例２のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである本発明の実施例３のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである本発明の実施例４のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである本発明の実施例５のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである本発明の実施例６のズームレンズのレンズ構成を示す断面図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端におけるものである図９（Ａ）〜図９（Ｌ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図である図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図である図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図である図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図である図１３（Ａ）〜図１３（Ｌ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図である図１４（Ａ）〜図１４（Ｌ）は本発明の実施例６のズームレンズの各収差図である本発明の実施形態にかかる撮像装置の前面側の斜視図である本発明の実施形態にかかる撮像装置の背面側の斜視図である

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）を参照しながら、本発明の実施形態にかかるズームレンズについて説明する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に、本発明の一実施形態にかかるズームレンズ１の構成例の断面図を示す。図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す構成例は、後述の実施例１のズームレンズに対応しており、図１（Ａ）、図１（Ｂ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦した状態での広角端、望遠端におけるレンズ配置を示している。また、図１（Ａ）、図１（Ｂ）の間には変倍に伴う各レンズ群の移動軌跡を模式的に矢印で示してある。

ズームレンズ１は、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５までの５つのレンズ群を備えるように構成される。ズームレンズ１は、例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に搭載可能である。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、ズームレンズ１が撮像装置に適用される場合を考慮して、ズームレンズ１の像面Ｓｉｍに配置される撮像素子５も図示している。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、撮像素子５を簡略的に示しているが、実際には撮像素子５の撮像面が像面Ｓｉｍの位置に一致するように配置される。撮像素子５は、ズームレンズ１により形成される光学像を撮像して電気信号を出力するものであり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。少なくともズームレンズ１と撮像素子５とで、本発明の実施形態にかかる撮像装置が構成される。

ズームレンズ１が撮像装置に搭載される際には、撮像素子の撮像面を保護するカバーガラスや、撮像装置の仕様に応じて適宜選択されるローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタを備えるように撮像装置を構成することが好ましい。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、これらカバーガラスや各種フィルタを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを、その像側の面がズームレンズの像面Ｓｉｍと一致するように配置した構成例を示している。なお、光学部材ＰＰの位置は図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すものに限定されず、光学部材ＰＰと像面Ｓｉｍの間に空気間隔を設けるようにしてもよい。

ズームレンズ１は、光軸Ｚに沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを備えている。

このズームレンズ１は、各群間隔を変化させることにより変倍を行うように構成されている。より詳しくは、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が変倍および合焦の際に常時固定であり、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５が変倍時に光軸Ｚ上で移動する。第４レンズ群Ｇ４は合焦機能を有し、合焦の際に光軸Ｚ上で移動する。

各レンズ群に上記のような屈折力をもたせ、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５を移動させて変倍を行うことにより、高倍率化を実現するのに有利となる。また、外径の大きいレンズを含む最も物体側の第１レンズ群Ｇ１を変倍および合焦の際に常時固定とすることで、駆動系の負担を軽減し、小型化と低コスト化を図ることができる。

第１レンズ群Ｇ１は例えば、物体側から順に、負の屈折力を有する前群ＧＦと、光路を折り曲げる反射部材としてのプリズムＬＰと、正の屈折力を有する後群ＧＲとで構成することができる。前群ＧＦは、１枚の負の屈折力を有する球面レンズであるレンズＬ１１で構成されていることが好ましい。レンズＬ１１は両凹レンズとしてもよい。全系の最も物体側のレンズを負レンズとすることで、広角化に有利となり、両凹形状とすることで、強い負の屈折力をもたせることができ、さらに広角化に有利となる。また、最も物体側となるレンズＬ１１は外径が大きいため、球面レンズとすれば、非球面レンズとした場合に比べて大幅に低コスト化を図ることができる。

プリズムＬＰは、前群ＧＦと後群ＧＲとの間の光路を直角に折り曲げて屈曲光学系を構成するものである。このような屈曲光学系を構成することで、ズームレンズ１が撮像装置に搭載された際に、撮像装置の薄型化を図ることができる。なお、光路を折り曲げる反射部材としては、プリズムＬＰの代わりに反射ミラー等の他の部材を用いてもよい。

後群ＧＲは、ともに正の屈折力を有する２枚のレンズＬ１２、Ｌ１３で構成されていることが好ましい。後群ＧＲのうち、プリズムＬＰ側に配置されるレンズＬ１２の物体側の面は、平面とすることが好ましく、このようにした場合は、生産性が向上しコスト的に有利になるとともに、小型化に貢献できる。後群ＧＲのうち像側に配置されるレンズＬ１３の少なくとも１面は非球面形状であることが好ましく、このようにした場合は、変倍時の収差変動を抑制することが容易になる。

第１レンズ群Ｇ１の後群ＧＲが２枚の正レンズからなる場合は、該２枚の正レンズのうち少なくとも物体側のレンズが、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることが好ましい。かかる構成によれば、ズームレンズ１が搭載される撮像装置の薄型化に貢献することができる。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に、レンズＬ１２を外径形状の一部を切り欠いた形状とした場合の構成例を示す。図２（Ａ）は光軸Ｚを含む断面図であり、図２（Ｂ）は光軸に垂直な面内における平面図である。レンズＬ１２は、例えば、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の斜線部に示すような切り欠き部Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂをレンズＬ１２から切り欠いた形状とすることができる。

特に、図２（Ａ）に示すように、前群ＧＦのレンズＬ１１に近接している側において、切り欠き部Ｌ１２ｂを切り欠いた形状とすることが好ましい。このような形状とすることで、前群ＧＦと後群ＧＲを近づけた場合でも、レンズが干渉することがないため、ズームレンズ１が搭載される撮像装置の薄型化が可能になる。また、切り欠き部Ｌ１２ｂに対向する側にも切り欠き部Ｌ１２ａを設けた場合には、ズームレンズ１が搭載される撮像装置の薄型化に寄与することができる。

なお、ズームレンズ１がその像面Ｓｉｍに配置される撮像素子５とともに撮像装置に搭載される場合は、撮像素子の形状に応じて切り欠き部の形状、寸法、位置を設定することが好ましい。通常、撮像素子５は矩形形状であるため、レンズの外径形状に一部切り欠きがあったとしても、撮像素子の形状に応じて切り欠き部の構成を設定することで、撮像性能上問題が生じることはないと考えられる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負のレンズＬ２１、正のレンズＬ２２、負のレンズＬ２３、正あるいは負のレンズＬ２４の４枚を配列してなる構成とすることができる。移動群の第２レンズ群Ｇ２を上記４枚のレンズで構成することで、高い収差補正能力を有することができる。例えば、広角にした場合、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズに非球面を施して収差補正することが考えられるが、そうすると、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズは外径が大きいため高コストになってしまう。これに対して、本実施形態のズームレンズ１のように第２レンズ群Ｇ２を上記４枚構成とすれば、広角にした場合でも、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズに非球面を施すことなしに、良好な収差補正が可能になる。

また、第２レンズ群Ｇ２の物体側から１、２番目のレンズをそれぞれ負レンズ、正レンズとし、特に物体側から２番目に正レンズを配置することで、１番目の負レンズで光線が曲げられて発生した色収差を２番目の正レンズですぐに補正することができる。これにより、変倍時の倍率色収差の変動を抑制することが容易となり、広角化に有利となる。仮に、第２レンズ群Ｇ２の物体側から１、２番目のレンズをともに負レンズとした場合は、１番目の負レンズで光線が曲げられて発生した色収差がさらに２番目の負レンズで重畳されて大きなものとなり、その像側に正レンズを配置したとしても該正レンズには大きな収差補正の負担がかかってしまう。このような事情から、本ズームレンズ１の第２レンズ群Ｇ２の上記パワー配列は好適な構成と言える。

具体的には例えば、レンズＬ２１は両凹レンズ、Ｌ２２は両凸レンズ、レンズＬ２３は両凹レンズとすることができる。第２レンズ群Ｇ２の２枚の負レンズを両凹レンズとすることで、第２レンズ群Ｇ２にある程度の強さの負の屈折力を持たせることができ、光学系の全長を抑制することができる。また、これら２枚の両凹レンズとのパワーバランスを保つため、レンズＬ２２は両凸レンズとすることが好ましい。製造誤差の許容量を少なくすることなしに色収差を補正するためには、レンズＬ２２とレンズＬ２３は接合されていることが好ましい。

さらに、第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも片側の面が非球面であるレンズを少なくとも１枚有することが好ましい。移動群である第２レンズ群Ｇ２が非球面レンズを有することで、変倍に伴う収差変動を抑制することが容易になる。また、第２レンズ群Ｇ２が非球面レンズを有する場合、第２レンズ群Ｇ２の非球面レンズのうち少なくとも１枚はプラスチック材質からなることが好ましく、これにより低コスト化を図ることができる。

なお、プラスチックレンズは、温度変化による性能変化がガラスレンズより大きいため、比較的屈折力の弱いレンズをプラスチックレンズとすることが好ましい。一方、プラスチックレンズはその製法上、周囲にバリが発生することが避けられない。プラスチックレンズの配置を考える際、バリによる組み立て時の偏心を抑制するためには、レンズ群における最も物体側または最も像側に配置することが好ましい。また、正の第１レンズ群Ｇ１により収束作用を受けた光束が入射する第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズには強い負の屈折力を持たせるようにすると、第２レンズ群Ｇ２の主点を第１レンズ群Ｇ１側に寄せることができ、小型化に有利である。以上の事情から、第２レンズ群Ｇ２の最も像側のレンズをプラスチック材質からなる非球面レンズとすることが好ましい。

第３レンズ群Ｇ３は、例えば、１枚のレンズＬ３１により構成することができる。レンズＬ３１は、例えば、両面が非球面であり、近軸領域で正メニスカス形状のレンズとしてもよい。

開口絞りＳｔは、例えば、第３レンズ群Ｇ３の物体側近傍に配置し、変倍時には固定されているように構成することができる。このように開口絞りＳｔを全系のほぼ中間に配置することで、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５における光線高を抑えることができ、小型化に貢献できる。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す開口絞りＳｔは大きさや形状を表すものではなく、光軸上での位置を示すものである。

第４レンズ群Ｇ４は、変倍時に移動するとともに合焦時にも移動するレンズ群である。高倍率ズームレンズでは、像面を一定に保つためには、変倍の際に自身の移動量と他のレンズ群の移動量とが非線形の関係となるように移動する非線形移動群を備えることが好ましい。ズームレンズ１では、第４レンズ群Ｇ４がこの非線形移動群を役割を果たしている。より詳しくは、第４レンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端への変倍の際に、物体側に移動した後、途中で像側へと反転して物体側に凸の弧状の移動軌跡を描くように移動する。変倍の際に移動する非線形移動群を、合焦の際にも移動するレンズ群とすることで、装置のメカ構成を単純化することができ、小型化、低コスト化に寄与できる。

第４レンズ群Ｇ４は、例えば、物体側から順に、正のレンズＬ４１と負のレンズＬ４２の接合レンズ、正のレンズＬ４３が配列された構成とすることができる。開口絞りＳｔの両側に位置し、ともに移動群である第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４双方に接合レンズを配置することで、変倍時の倍率色収差の変動を抑制することが容易となる。

第５レンズ群Ｇ５は、例えば、１枚のレンズＬ５１により構成することができる。レンズＬ５１は、例えば、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとすることができる。最も像側の第５レンズ群Ｇ５を物体側に凸面を向けた１枚の負メニスカスレンズで構成した場合には、像面湾曲の良好な補正と、小型化、低コスト化を図ることができる。

ズームレンズ１は、さらに以下に述べる条件式を適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。なお、好ましい態様としては、以下の式の１つを満足するものでもよく、あるいは任意の複数の組合せを満足するものでもよい。

ズームレンズ１は、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９０ … （１）
ただし、
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

条件式（１）は、広角端での画角に関する式である。条件式（１）の下限を下回ると、十分に広い画角を得ることができない。条件式（１）の上限を上回ると、画角が広くなりすぎ、第１レンズ群Ｇ１の大型化を招くとともに全長が長くなってしまう。

広角化を図りながら、より小型化を実現するためには、条件式（１）に代えて下記条件式（１Ａ）を満足することがより好ましい。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８５ … （１Ａ）

また、ズームレンズ１は、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
０．７０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．９５ … （２）
ただし、
ｆＧ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の比に関する式である。条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎるため、収差補正が困難になってしまう。条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなりすぎるため、変倍のための移動量が大きくなり全長が長くなってしまう。

なお、条件式（２）に代えて下記条件式（２Ａ）を満足することにより、良好な光学性能を確保しながら、さらなる小型化を実現することができる。下記条件式（２Ａ）は、良好な光学性能と小型化の両立について現時点での要望を十分に満たすための第２レンズ群Ｇ２の焦点距離の好適な範囲を規定するものである。
０．７０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．８９ … （２Ａ）

さらに良好な光学性能を得るためには、条件式（２Ａ）に代えて下記条件式（２Ｂ）を満足することが好ましい。
０．８０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．８９ … （２Ｂ）

また、ズームレンズ１は、第２レンズ群Ｇ２において最も像側に配置されるレンズＬ２４が少なくとも１面の非球面を有する場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
−０．３＜ｆｗ／ｆ２４＜０．３ … （３）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２４：第２レンズ群Ｇ２において最も像側に配置されるレンズの焦点距離

条件式（３）は、レンズＬ２４が非球面レンズの場合のレンズＬ２４の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の比に関する式である。非球面レンズはプラスチック材質で構成した方がコスト的に有利である。レンズＬ２４をプラスチック材質で構成した場合、条件式（３）の下限を下回る、または上限を上回ると、レンズＬ２４の屈折力が強くなり、温度変化による性能への影響が大きくなってしまう。

レンズＬ２４をプラスチック材質で構成した場合の温度変化による性能への影響をより抑制するためには、条件式（３）に代えて下記条件式（３Ａ）を満足することがより好ましく、さらに抑制するためには、条件式（３）に代えて下記条件式（３Ｂ）を満足することがさらにより好ましい。
−０．２５＜ｆｗ／ｆ２４＜０．２５ … （３Ａ）
−０．１＜ｆｗ／ｆ２４＜０．２５ … （３Ｂ）

また、ズームレンズ１は、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１０．０＜ＴＬ／（ｆｗ×ｔａｎ（ωｗ））＜１３．０ … （４）
ただし、
ＴＬ：全系の最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ωｗ：広角端における半画角

条件式（４）は、全長と広角端の焦点距離、半画角に関する式である。条件式（４）の下限を下回ると、射出瞳位置が像面Ｓｉｍに近くなり、画角の大きな光線の撮像素子５への入射角が大きくなり、周辺光量不足や色シェーディング等の問題が生じる。条件式（４）の上限を上回ると、全長が長くなり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような屈曲光学系をカメラに搭載した場合に、カメラの高さ方向のサイズが大きくなってしまう。

条件式（４）を満足することにより得られる効果をより高めるためには、条件式（４）に代えて下記条件式（４Ａ）を満足することが好ましい。
１１．０＜ＴＬ／（ｆｗ×ｔａｎ（ωｗ））＜１２．５ … （４Ａ）

なお、ズームレンズ１が例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。これらの要望を満たすことが重視される場合は最も物体側に配置されるレンズの材質はガラスとすることが好ましく、または透明なセラミックスを用いてもよい。

また、ズームレンズ１が厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す例では、最も像側のレンズのさらに像側に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、代わりに各種フィルタを各レンズの間に配置することも可能であり、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の撮像装置の実施形態について説明する。図１５、図１６はそれぞれ、本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラ１０の前面側、背面側の斜視図である。デジタルカメラ１０は、前面側の中央上部にストロボ光を照射するストロボ発光部２１を備え、ストロボ発光部２１の側方には、撮影対象からの光が入射する撮影開口２２が設けられている。また、デジタルカメラ１０は、上面側にシャッターボタン２３と、電源ボタン２４とを備え、背面側に表示部２５と、操作部２６、２７とを備えている。

デジタルカメラ１０は、筐体内部に本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を撮像レンズとして備えている。ただし、図１５ではズームレンズ１は概略的に図示されている。
また、デジタルカメラ１０の筐体内部には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（不図示）が、その撮像面とズームレンズ１の像面位置とが一致するように配置される。

ズームレンズ１は、前面側に設けられた撮影開口２２に、最も物体側のレンズＬ１１が位置するように配置される。そして、プリズムＬＰにより光路が折り曲げられてから像面までの部分が、その光軸Ｚとカメラボディの縦方向（Ｚ１方向）とが一致するように組み込まれる。このような構成により、カメラボディの厚み方向（Ｘ１方向）を短くしてカメラの薄型化を図ることができる。なお、プリズムＬＰにより光路が折り曲げられてから像面までの部分は、その光軸Ｚとカメラボディの横方向（Ｙ１方向）とが一致するように組み込むようにしてもよい。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１〜実施例６のズームレンズのレンズ断面図をそれぞれ図３〜図８に示す。図３〜図８に示す構成例もプリズムＬＰにより光路を折り曲げられた屈曲光学系を想定したものであるが、図３〜図８では、折り曲げ光路を展開した図として示している。図３〜図８のその他の図示方法は基本的に図１に示すものと同様である。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、群間隔に関するデータを表２に、非球面係数を表３に示す。同様に、実施例２〜６のズームレンズの基本レンズデータ、群間隔に関するデータ、非球面係数をそれぞれ表４〜表１８に示す。以下では表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜６のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｊの欄には最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）のレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目のレンズのｄ線に対するアッベ数を示している。

なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りの面には面番号とともに（Ｓｔ）を記入している。また、表１の上に広角端から望遠端まで変倍するときの焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆｎｏ．および全画角２ω（度）の値の範囲を示している。

表１の基本レンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれ変化ｄ８、変化ｄ１５、変化ｄ１８、変化ｄ２３、変化２５と記載している。変化ｄ８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、変化ｄ１５は第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔとの間隔であり、変化ｄ１８は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔であり、変化ｄ２３は第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔であり、変化ｄ２５は第５レンズ群Ｇ５と光学部材ＰＰとの間隔である。表２の群間隔に関するデータに、広角端、中間、望遠端における全系の焦点距離、変化ｄ８、変化ｄ１５、変化ｄ１８、変化ｄ２３、変化２５の値を示す。

表１の基本レンズデータでは、非球面は面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３は、これら非球面に関する非球面係数を示すものである。表３の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０^ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…）

ここでは、長さの単位としてｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。また、下記各表では、所定の桁でまるめた数値を記載している。

上記実施例１〜６のズームレンズにおける上記条件式（１）〜（４）に対応する値を表１９に示す。実施例１〜６では、ｄ線を基準波長としており、表１９にはこの基準波長における各値を示す。表１９からわかるように、実施例１〜６全て条件式（１）〜（４）を満足している。

図９（Ａ）〜図９（Ｄ）にそれぞれ、実施例１のズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示し、図９（Ｅ）〜図９（Ｈ）にそれぞれ実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差の各収差図を示し、図９（Ｉ）〜図９（Ｌ）にそれぞれ実施例１のズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差の各収差図を示す。

球面収差図では、波長５８７．６ｎｍ、波長４６０．０ｎｍ、波長６１５．０ｎｍに関する収差をそれぞれ実線、一点鎖線、二点鎖線で示している。非点収差図ではサジタル方向、タンジェンシャル方向に関する収差をそれぞれ実線、破線で示している。ディストーションの図では、波長５８７．６ｎｍに関する収差を実線で示している。倍率色収差図では、波長４６０．０ｎｍ、波長６１５．０ｎｍに関する収差をそれぞれ一点鎖線、二点鎖線で示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

また同様に、実施例２〜６のズームレンズそれぞれの各収差図を図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｌ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｌ）に示す。

以上の説明およびデータからわかるように、実施例１〜６のズームレンズは、約５倍のズーム比と全画角が約８０度という広角を確保しながら、カメラの薄型化が可能なコンパクトな構成を実現し、低コスト化が図られ、各収差が良好に補正されて高い光学性能を有している。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、撮像装置の実施形態では、デジタルカメラを例に挙げ図を示して説明したが、本発明の撮像装置はこれに限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラや情報携帯端末に付属する撮像部等の別の撮像装置に本発明を適用することも可能である。

Claims

物体側から順に、
変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、
変倍および合焦の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、
変倍の際に移動する負の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群を構成するレンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズが配列された４枚構成、あるいは、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズが配列された４枚構成であり、
下記条件式（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．７０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．９５ … （２）
ただし、
ｆＧ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
物体側から順に、
変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍および合焦の際に固定されている正の屈折力を有する第３レンズ群と、
変倍および合焦の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、
変倍の際に移動する負の屈折力を有する第５レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群を構成するレンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズが配列された４枚構成、あるいは、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズが配列された４枚構成であり、
前記第２レンズ群において最も像側に配置されるレンズが少なくとも１面の非球面を有し、下記条件式（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
−０．３＜ｆｗ／ｆ２４＜０．３ … （３）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２４：前記第２レンズ群において最も像側に配置されるレンズの焦点距離
前記第１レンズ群の前記前群と前記後群との間の光路を折り曲げる反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
下記条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．９０ … （１）
ただし、
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
前記第２レンズ群が、少なくとも１枚のプラスチック材質からなる非球面レンズを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
１０．０＜ＴＬ／（ｆｗ×ｔａｎ（ωｗ））＜１３．０ … （４）
ただし、
ＴＬ：全系の最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ωｗ：広角端における半画角
前記第１レンズ群の前記前群が、１枚の負の屈折力を有する球面レンズからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
前記第１レンズ群の前記後群が、ともに正の屈折力を有する２枚のレンズからなり、該２枚のレンズのうち少なくとも物体側のレンズが、外径形状の一部を切り欠いた形状で構成されていることを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
下記条件式（１Ａ）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．７０＜ＩＨ／ｆｗ＜０．８５ … （１Ａ）
ただし、
ＩＨ：最大像高
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
下記条件式（２Ｂ）を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
０．８０＜｜ｆＧ２／ｆｗ｜＜０．８９ … （２Ｂ）
ただし、
ｆＧ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
下記条件式（３Ｂ）を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
−０．１＜ｆｗ／ｆ２４＜０．２５ … （３Ｂ）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２４：前記第２レンズ群において最も像側に配置されるレンズの焦点距離
下記条件式（４Ａ）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
１１．０＜ＴＬ／（ｆｗ×ｔａｎ（ωｗ））＜１２．５ … （４Ａ）
ただし、
ＴＬ：全系の最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ωｗ：広角端における半画角
請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズと、
該ズームレンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。