JP6128607B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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、デジタルカメラ、ビデオカメラ、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、監視カメラ等に好適なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、上記分野の撮像装置に適用可能な４群以上のズームレンズとして、例えば下記特許文献１〜３に記載のものが提案されている。特許文献１には、物体から順に、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、第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群、第４レンズ群は像面に対し固定されており、第２レンズ群、第３レンズ群が移動するズームレンズが記載されている。また、特許文献２には、物体から順に、正の屈折力を有する第１ａレンズ群、正の屈折力を有する第１ｂ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レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１ａレンズ群、第４レンズ群は像面に対し固定されており、第１ｂレンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群が移動するズームレンズが記載されている。下記特許文献３には、物体から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負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、結像群から構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群、結像群は像面に対し固定されており、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群が移動するズームレンズが記載されている。

特許第４４６３９０９号公報 特開２０１２−１８９８１７号公報 特開２００９−１９８６５６号公報

ところで、映画撮影用カメラ、放送用カメラ等に搭載されるズームレンズでは、小型化、高性能化への要望が高まってきており、近年ではさらに高倍率化した場合でもズーム全域で良好な性能を発揮できることが要求されている。しかしながら、特許文献１に記載のレンズ系は、イメージサイズに対して最も物体側のレンズの径およびレンズ系全長が大きい。特許文献２、３に記載のレンズ系は、ズーム比が３倍未満であり高倍率化に対応したものとは言えない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型で、高倍率化した場合でも変倍の際の収差変動を好適に抑制可能で、高い光学性能を有するズームレンズ、およびこのような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。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とからなる５つのレンズ群から実質的に構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群および第５レンズ群は像面Ｓｉｍに対し固定されており、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群は各レンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動し、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満足するものである。
５＜ｆ２／ｆｗ （１）

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（２）〜（５）、（１−１）〜（５−１）のいずれか１つ、または任意の組み合わせを満足することが好ましい。
１０＜ｆ２／ｆｗ＜５０ （１−１）
０．００５＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０５０ （２）
０．０１０＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０２０ （２−１）
ＴＬ／Ｙ＜４０ （３）
ＴＬ／Ｙ＜３２ （３−１）
１．７５＜Ｎｄ３１ （４）
１．８０＜Ｎｄ３１ （４−１）
−１０＜ｆ４／ｆｗ＜−１ （５）
−７＜ｆ４／ｆｗ＜−３ （５−１）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ΔＧ２ｍ：第２レンズ群の広角端と望遠端との光軸上での位置の差
ＴＬ：第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離
Ｚｒ：ズーム比
Ｙ：最大像高
Ｎｄ３１：第３レンズ群の最も物体側のレンズのｄ線に対する屈折率

本発明のズームレンズにおいては、望遠端における第２レンズ群の位置が広角端における第２レンズ群の位置より像側にあることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、望遠端における第３レンズ群の位置が広角端における第３レンズ群の位置より像側にあることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群は負の屈折力を有し、望遠端における第４レンズ群の位置が広角端における第４レンズ群の位置より像側にあることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群前群と、正の屈折力を有する第１レンズ群中群と、正の屈折力を有する第１レンズ群後群とから実質的に構成され、合焦の際には第１レンズ群中群のみが移動することが好ましい。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

なお、上記各「レンズ群」は、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけではなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、上記の「実質的に構成され」の「実質的に」とは、挙げた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、本明細書に記載する屈折力の符号やレンズの面形状は、特に断りがない限り、非球面が含まれているものについては近軸領域におけるものとする。

本発明によれば、５群構成のズームレンズにおいて、レンズ群の屈折力の配列、および変倍の際に移動するレンズ群を好適に設定しているため、小型で、高倍率化した場合でも変倍の際の収差変動を好適に抑制可能で、高い光学性能を有するズームレンズ、およびこのようなズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るズームレンズの広角端におけるレンズ構成を示す断面図である 図１に示すズームレンズのレンズ構成と光路を示す図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものである 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、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態である 本発明の実施例１のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施例２のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施例３のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施例４のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施例５のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施例６のズームレンズの諸収差図であり、上段が広角端状態、中段が中間焦点距離状態、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略的な構成図である

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。図１に、本発明の一実施形態に係るズームレンズの無限遠物体に合焦している状態での広角端におけるレンズ構成を示す断面図を示す。また、図２に、図１に示すズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成と、軸上光束および最大像高の光束の各光路を示す。図２では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端状態のものを示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端状態のものを示す。なお、図１および図２に示す例は後述の実施例１に対応しており、図１および図２では紙面左側が物体側、紙面右側が像側である。

このズームレンズが撮像装置に搭載される際には保護用のカバーガラスや撮像装置の仕様に応じた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ことが好ましく、図１および図２では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

このズームレンズは、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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる５つのレンズ群から実質的に構成される。開口絞りＳｔは、例えば、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間で、第５レンズ群Ｇ５の物体側近傍に配設することができる。なお、図１および図２に示す開口絞りＳｔは大きさや形状を表すものではなく、光軸上の位置を示すものである。

図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、レンズＬ１１〜レンズＬ１９の９枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１の１枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、レンズＬ３１〜レンズＬ３５の５枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、レンズＬ４１〜レンズＬ４２の２枚のレンズからなり、第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に、レンズＬ５１〜レンズＬ６２の１２枚のレンズからなる。また、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群前群Ｇ１ａと、正の屈折力を有する第１レンズ群中群Ｇ１ｂと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群Ｇ１ｃとからなる３つのレンズ群から実質的に構成される。図１に示す例では、第１レンズ群前群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜レンズＬ１３からなり、第１レンズ群中群Ｇ１ｂはレンズＬ１４〜レンズＬ１６からなり、第１レンズ群後群Ｇ１ｃはレンズＬ１７〜レンズＬ１９からなる。

広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１、第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対し固定されており、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は各レンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動するように構成されている。図１の第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４の下に記載されている曲線状の矢印は、広角端から望遠端への変倍の際に移動する各レンズ群の移動軌跡を概略的に示すものである。

このズームレンズでは、最も物体側の第１レンズ群Ｇ１を正レンズ群とすることにより、レンズ系全長の短縮が可能となり、小型化に有利となる。また、最も像側の第５レンズ群Ｇ５を正レンズ群とすることにより、軸外光線の主光線が像面Ｓｉｍへ入射する入射角が大きくなるのを抑制することができ、シェーディングを抑制できる。

第２レンズ群Ｇ２を、正の屈折力を有し変倍の際に移動する移動群とすることで、望遠側での第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑制することができ、第１レンズ群Ｇ１の外径を抑制することができるため、小型化・軽量化を図ることができる。特に、撮影用カメラ、放送用カメラ等では可搬性が要求されることから、レンズ径が大きく重くなりやすい第１レンズ群Ｇ１を小型化・軽量化することは有効である。このズームレンズでは第３レンズ群Ｇ３が主要な変倍作用を担っているが、この第３レンズ群と変倍の際に固定されている第１レンズ群Ｇ１との間に正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を配設して変倍の際に第２レンズ群Ｇ２を移動させることで、変倍の際の球面収差の変化を抑制することができ、レンズ系を高倍率化した場合も変倍の際に良好な性能を維持することができる。

第３レンズ群Ｇ３は負レンズ群とすることにより、主要な変倍機能を有することができる。第４レンズ群Ｇ４は、例えば負レンズ群とすることができ、負レンズ群とした場合は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４を協働させながら変倍動作を行うことができるため、変倍の際の諸収差の変動を抑制することができる。また、第４レンズ群Ｇ４を負レンズ群とした場合は、変倍の際に移動するレンズ群の移動のために必要なスペースが少なくて済むため、高倍率化してもレンズ系全長を抑制することができる。

このズームレンズは、望遠端における第２レンズ群Ｇ２の位置が広角端における第２レンズ群Ｇ２の位置より像側にあることが好ましい。このようにした場合は、第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑制することができ、第１レンズ群Ｇ１の外径を抑制することができるため、小型化・軽量化を図ることができる。

また、このズームレンズは、望遠端における第３レンズ群Ｇ３の位置が広角端における第３レンズ群Ｇ３の位置より像側にあることが好ましく、このようにした場合は、高倍率化に有利となる。

また、このズームレンズは、第４レンズ群は負の屈折力を有し、望遠端における第４レンズ群Ｇ４の位置が広角端における第４レンズ群Ｇ４の位置より像側にあることが好ましい。このようにした場合は、変倍の際の諸収差の変動を抑制しながら第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４を協働させながら変倍動作を行うことができる。

図１に示す例では、広角端から望遠端への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ移動することなく常に像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３も、広角端から望遠端への変倍の際に、物体側へ移動することなく常に像側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端への変倍の際に、一旦物体側へ移動した後像側へ移動する。

また、このズームレンズは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際には、第１レンズ群前群Ｇ１ａと第１レンズ群後群Ｇ１ｃは像面Ｓｉｍに対して固定されており、第１レンズ群中群Ｇ１ｂのみが光軸方向に移動するように構成されていることが好ましい。このようにした場合は、合焦の際の収差変動と画角変化を抑制することができる。図１では、第１レンズ群中群Ｇ１ｂの下に水平方向の直線状の矢印を記入して第１レンズ群中群Ｇ１ｂがフォーカス群であることを示している。

第１レンズ群前群Ｇ１ａは例えば、物体側から順に、負レンズ、負レンズと正レンズが物体側からこの順に接合された接合レンズからなるように構成することができる。第１レンズ群中群Ｇ１ｂは例えば、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズからなるように構成してもよく、あるいは物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズからなるように構成してもよい。第１レンズ群後群Ｇ１ｃは例えば、３枚の正の単レンズからなるように構成してもよく、２枚の正の単レンズからなるように構成してもよく、あるいは物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズからなるように構成してもよい。

第２レンズ群Ｇ２は例えば、物体側に凸面を向けた１枚の正レンズからなるように構成することができ、このようにした場合は小型化・軽量化に有利となる。第４レンズ群Ｇ４は例えば、物体側から順に、負レンズ、正レンズからなるように構成してもよく、より詳しくは、両凹レンズと正メニスカスレンズが物体側からこの順に接合された接合レンズからなるように構成してもよく、このようにした場合は変倍の際の色収差の変動を抑えるのに有利となる。

また、このズームレンズは、下記条件式（１）〜（５）のいずれか１つ、または任意の組み合わせを満足することが好ましい。
５＜ｆ２／ｆｗ （１）
０．００５＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０５０ （２）
ＴＬ／Ｙ＜４０ （３）
１．７５＜Ｎｄ３１ （４）
−１０＜ｆ４／ｆｗ＜−１ （５）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ΔＧ２ｍ：第２レンズ群の広角端と望遠端との光軸上での位置の差
ＴＬ：第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離
Ｚｒ：ズーム比
Ｙ：最大像高
Ｎｄ３１：第３レンズ群の最も物体側のレンズのｄ線に対する屈折率

条件式（１）の下限以下とならないように構成することで、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を抑制することができ、球面収差の良好な補正に有利となる。また、このズームレンズは、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。条件式（１−１）の下限以下とならないように構成することで、球面収差の良好な補正により有利となる。条件式（１−１）の上限以上とならないように構成することで、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を確保することができ、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径が大径化することを抑制できる。
１０＜ｆ２／ｆｗ＜５０ （１−１）

条件式（２）のΔＧ２ｍは、広角端から望遠端へ変倍する際の第２レンズ群Ｇ２の移動量である。条件式（２）の下限以下とならないように構成することで、ズーム中間域で球面収差が大きくなるのを抑制することができる。条件式（２）の上限以上とならないように構成することで、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径が大径化することを抑制できる。条件式（２）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．０１０＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０２０ （２−１）

条件式（３）のＴＬはレンズ系全長である。条件式（３）の上限以上とならないように構成することで、イメージサイズを大きくしてもレンズ系全長を抑制することができる。条件式（３）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
ＴＬ／Ｙ＜３２ （３−１）

条件式（４）は第３レンズ群Ｇ３の最も物体側のレンズの屈折率に関する式である。このズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３が主要な変倍作用を担っている。条件式（４）の下限以下とならないように材質を選択することで、像面湾曲の補正に有利となり、特に変倍の際の像面湾曲の変動の抑制に有利となる。条件式（４）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
１．８０＜Ｎｄ３１ （４−１）

条件式（５）の下限以下とならないように構成することで、第４レンズ群Ｇ４の屈折力を確保することができるため、第４レンズ群Ｇ４の移動量を抑制することができ、レンズ系全長を抑制することができる。なお、条件式（５）を満足する場合は、第４レンズ群Ｇ４は負レンズ群となり、第３レンズ群Ｇ３と協働して変倍作用を担うことになる。そのため、条件式（５）の下限以下とならないように構成することで、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなりすぎて変倍の際の収差変動が大きくなるのを回避することができる。

条件式（５）の上限以上とならないように構成することで、第４レンズ群Ｇ４の屈折力を抑制することができ、球面収差が補正過剰になるのを回避することができ、球面収差の良好な補正に有利となる。また、条件式（５）の上限以上とならないように構成することで、第４レンズ群Ｇ４の屈折力を抑制することができるため、バックフォーカスが長くなりすぎのを防止することができ、レンズ系全長を抑制することができる。条件式（５）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
−７＜ｆ４／ｆｗ＜−３ （５−１）

以上述べた本実施形態に係るズームレンズは、例えば、１０倍程度のズーム比のレンズ系に好適に適用可能である。なお、本発明のズームレンズの各レンズ群を構成するレンズ枚数やレンズ形状は図１に示す例に限定されず、他の構成のものも採用可能である。また、上述した好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、ズームレンズに要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

ここで、本発明のズームレンズの２つの好ましい態様と、その効果について述べる。なお、これら２つの好ましい態様はともに、上述した好ましい構成や可能な構成を適宜採用することができる。

まず、第１の態様は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる５つのレンズ群から実質的に構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１、第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対し固定されており、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は各レンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動するように構成されているものである。この第１の態様によれば、望遠側での第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑制することができ、また、レンズ系全長を抑制することができる。さらに、変倍の際の球面収差の変化を抑制することができ、レンズ系を高倍率化した場合も変倍の際に良好な性能を維持することができる。

第２の態様は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる５つのレンズ群から実質的に構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１、第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対し固定されており、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は各レンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動するように構成されており、上述した条件式（１）を満足するものである。この第２の態様によれば、望遠側での第１レンズ群Ｇ１の有効径を抑制することができ、さらに、変倍の際の球面収差の変化を抑制することができ、レンズ系を高倍率化した場合も変倍の際に良好な性能を維持することができる。

次に、本発明のズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下に示す実施例１〜６は広角端における全系の焦点距離が１０．００となるように規格化されたものである。

＜実施例１＞
実施例１のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。図３では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端状態のものを示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端状態のものを示す。図３において、紙面左側が物体側、紙面右側が像側である。

実施例１のズームレンズの概略構成は以下の通りである。実施例１のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなる５つのレンズ群から実質的に構成される。広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１、第５レンズ群Ｇ５は像面Ｓｉｍに対し固定されており、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は隣り合うレンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動するように構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群前群Ｇ１ａと、正の屈折力を有する第１レンズ群中群Ｇ１ｂと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群Ｇ１ｃとからなる３つのレンズ群から実質的に構成される。無限遠物体から近距離物体への合焦の際には、第１レンズ群中群Ｇ１ｂのみが光軸方向に移動するように構成されている。なお、図３では第５レンズ群Ｇ５と像面Ｓｉｍの間に、各種フィルタやカバーガラス等を想定した光学部材ＰＰを配置した例を示している。

実施例１のズームレンズの詳細構成として、基本レンズデータを表１に、ｄ線に対する諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に示す。なお、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

表１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。なお、Ｄｉの最下欄に記載の数値は表１に記載の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの光軸Ｚ上の面間隔である。表１のＮｄｊの欄には最も物体側の構成要素を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、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。

表１の曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状の場合を正とし、像側に凸面を向けた面形状の場合を負としている。表１には、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。

表１において、合焦の際に変化する面間隔については、無限遠物体に合焦している状態での値と（ｉｎｆ）という語句を合わせて示している。また、表１において、変倍の際に変化する面間隔については、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付している。具体的には、表１のＤＤ［１６］、ＤＤ［１８］、ＤＤ［２７］、ＤＤ［３０］が変倍の際に変化する可変面間隔であり、それぞれ第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と開口絞りＳｔの間隔に対応する。

表２に、広角端、中間焦点距離状態（表２では中間と略して記載）、望遠端それぞれにおけるｄ線に対する諸元と上記可変面間隔の値を示す。表２のｆは全系の焦点距離、Ｂｆは空気換算長でのバックフォーカス、ＦＮｏ．はＦナンバー、２ωは全画角（単位は度）である。

なお、表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、これら各非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）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は自然数であり、とる値は実施例により異なる）の値である。下式におけるΣはｍの項に関する和を意味する。
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、…）

図９の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例１のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例１のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例１のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図９に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図９において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

図９において、球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、短破線で示し、非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、短破線で示し、歪曲収差図では、ｄ線に関する収差を実線で示し、倍率色収差を表す収差図では、Ｃ線、Ｆ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは無限遠物体に合焦した状態における最大全画角の半値（半画角）を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

＜実施例２＞
実施例２のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図４に示す。実施例２のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。表４、表５、表６にそれぞれ、実施例２のズームレンズの詳細構成として、基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。なお、表６において非球面係数が無いものは数値の代わりに−を記入しており、この点は以下の実施例の非球面係数の表についても同様である。

図１０の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例２のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例２のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例２のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図１０に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図１０において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

＜実施例３＞
実施例３のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図５に示す。実施例３のズームレンズの概略構成は実施例１のものと略同様であるが、実施例３では第１レンズ群中群Ｇ１ｂが、第１レンズ群中群前部Ｇ１ｂｆと第１レンズ群中群後部Ｇ１ｂｒの２つのレンズ群からなり、合焦の際に、第１レンズ群中群前部Ｇ１ｂｆと第１レンズ群中群後部Ｇ１ｂｒはこれら２つのレンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動するように構成されている点が実施例１のものと異なる。表７、表８、表９にそれぞれ、実施例３のズームレンズの基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。

図１１の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例３のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例３のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例３のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図１１に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図１１において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

＜実施例４＞
実施例４のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図６に示す。実施例４のズームレンズの概略構成は実施例１のものと略同様である。表１０、表１１、表１２にそれぞれ、実施例４のズームレンズの基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。

図１２の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例４のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例４のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例４のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図１２に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図１２において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

＜実施例５＞
実施例５のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図７に示す。実施例５のズームレンズの概略構成は実施例１のものと略同様である。表１３、表１４、表１５にそれぞれ、実施例５のズームレンズの基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。

図１３の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例５のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例５のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例５のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図１３に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図１３において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

＜実施例６＞
実施例６のズームレンズの無限遠物体に合焦している状態でのレンズ構成を示す断面図を図８に示す。実施例５のズームレンズの概略構成は実施例１のものと略同様である。表１６、表１７、表１８にそれぞれ、実施例６のズームレンズの基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。

図１４の「ＷＩＤＥ」と付した上段に実施例６のズームレンズの広角端における諸収差を示し、「ＭＩＤＤＬＥ」と付した中段に実施例６のズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に実施例６のズームレンズの望遠端状態における諸収差を示す。図１４に示す収差は無限遠物体に合焦している状態でのものであり、図１４において、各状態の収差図いずれも左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。

上記実施例１〜６のズームレンズの条件式（１）〜（５）の対応値とこれら条件式に関係する値を表１９に示す。

以上のデータからわかるように、実施例１〜６のズームレンズは、小型で軽量であり、各収差が良好に補正され、ズーム比が８倍〜１２倍の範囲にあり高倍率に構成されている上に、変倍の際の収差変動も好適に抑制されてズーム全域で良好な性能を維持し、高い光学性能を実現するものである。

次に、図１５を参照しながら、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１５に、本発明の実施形態に係るズームレンズ１を用いた本発明の一実施形態に係る撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、監視カメラ等を挙げることができる。

撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図１５では、ズームレンズ１が備える第１レンズ群前群Ｇ１ａ、第１レンズ群中群Ｇ１ｂ、第１レンズ群後群Ｇ１ｃ、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５を概略的に図示している。撮像素子３はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子３は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。

撮像装置１０はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、ズームレンズ１の変倍を制御するズーム制御部７と、ズームレンズ１の合焦を制御するフォーカス制御部８を備えている。なお、図１５では１つの撮像素子３のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。

以上、実施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、各レンズ群を構成するレンズとその枚数、さらに各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、上記各実施例で示したものに限定されない。

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ ズーム制御部
８ フォーカス制御部
１０ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１ａ 第１レンズ群前群
Ｇ１ｂ 第１レンズ群中群
Ｇ１ｂｆ 第１レンズ群中群前部
Ｇ１ｂｒ 第１レンズ群中群後部
Ｇ１ｃ 第１レンズ群後群
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
Ｌ１１〜Ｌ１９、Ｌ２１、Ｌ３１〜Ｌ３５、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ５１〜Ｌ６１ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (15)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とからなる５つのレンズ群から実質的に構成され、
   広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群および前記第５レンズ群は像面に対し固定されており、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群は各レンズ群の間隔を変化させて光軸方向に移動し、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   ５＜ｆ２／ｆｗ （１）
2. 前記第２レンズ群の広角端と望遠端との光軸上での位置の差をΔＧ２ｍとし、前記第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、ズーム比をＺｒとしたとき、下記条件式（２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
   ０．００５＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０５０ （２）
3. 前記第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、最大像高をＹとしたとき、下記条件式（３）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
   ＴＬ／Ｙ＜４０ （３）
4. 前記第３レンズ群の最も物体側のレンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ３１としたとき、下記条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
   １．７５＜Ｎｄ３１ （４）
5. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（５）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
   −１０＜ｆ４／ｆｗ＜−１ （５）
6. 望遠端における前記第２レンズ群の位置が広角端における前記第２レンズ群の位置より像側にある請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. 望遠端における前記第３レンズ群の位置が広角端における前記第３レンズ群の位置より像側にある請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 前記第４レンズ群は負の屈折力を有し、望遠端における前記第４レンズ群の位置が広角端における前記第４レンズ群の位置より像側にある請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 前記第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群前群と、正の屈折力を有する第１レンズ群中群と、正の屈折力を有する第１レンズ群後群とから実質的に構成され、合焦の際には前記第１レンズ群中群のみが光軸方向に移動する請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
    １０＜ｆ２／ｆｗ＜５０ （１−１）
11. 前記第２レンズ群の広角端と望遠端との光軸上での位置の差をΔＧ２ｍとし、前記第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、ズーム比をＺｒとしたとき、下記条件式（２−１）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０．０１０＜ΔＧ２ｍ／（ＴＬ×Ｚｒ）＜０．０２０ （２−１）
12. 前記第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、最大像高をＹとしたとき、下記条件式（３−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ＴＬ／Ｙ＜３２ （３−１）
13. 前記第３レンズ群の最も物体側のレンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ３１としたとき、下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
    １．８０＜Ｎｄ３１ （４−１）
14. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズ。
    −７＜ｆ４／ｆｗ＜−３ （５−１）
15. 請求項１から１４のいずれか１項記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。