ズームレンズおよび撮像装置
【課題】光学性能を損なうことなく、プリズムをより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側より順に正、負、正、正、負の屈折力をそれぞれ有する第１レンズ群ＧＲ１〜第５レンズ群ＧＲ５を具備し、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによりズーミングを行うように構成する。また、第１レンズ群ＧＲ１が物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなる。さらに、被写体距離が無限遠での第５レンズ群ＧＲ５の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成する。
【解決手段】物体側より順に正、負、正、正、負の屈折力をそれぞれ有する第１レンズ群ＧＲ１〜第５レンズ群ＧＲ５を具備し、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによりズーミングを行うように構成する。また、第１レンズ群ＧＲ１が物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなる。さらに、被写体距離が無限遠での第５レンズ群ＧＲ５の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズ、およびこのズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラ等の小型撮像装置に適した、３〜５倍程度の変倍率を実現可能なリアフォーカス式のズームレンズ、およびこのズームレンズを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラは家庭用としても広く普及しているが、これらの小型の撮像装置に対しては、より一層の小型化が求められている。このため、これらに搭載される撮影用レンズ、特にズームレンズに対しても、全長や奥行きの短縮等による小型化が求められている。また、このような撮影用レンズ、特にデジタルスチルカメラ用のものに対しては、撮像素子の高画素数化に対応して、小型化とともにレンズ性能の向上も求められている。
【０００３】
例えば、最も物体側に配置される第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス式のズームレンズは、レンズ系全体を比較的容易に小型化し、かつ、画素数の多い固体撮像素子に適した結像性能が得られることが知られている。このようなリアフォーカス式のズームレンズとしては、物体側から順に、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、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第５レンズ群を有し、第２および第４レンズ群を移動させてズーミングを行い、第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行うように構成された５群ズームレンズが知られている。例えば、このような構成で、さらに、第３レンズ群と第５レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ５、被写体距離が無限距離での第５レンズ群の結像倍率をβ５、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離をそれぞれｆｗ、ｆｔとしたとき、以下の式（１）〜（３）を満足するようなズームレンズがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【数１】
【０００５】
また、最近では、第１レンズ群から像面までの光路を途中で折り曲げて、撮像装置に組み込んだ際にその前後長を短縮するとともに、ズーミング時のレンズの可動方向を上下方向とすることで、撮影時におけるレンズの突起部をなくすことが考えられている。例えば、物体側から順に、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、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レンズ群を有し、第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングが行われる４群レンズ構成をなし、第１レンズ群が物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズを有しているズームレンズがあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３０１５１９２号公報（段落番号〔００１４〕〜〔００３７〕、第１図）
【特許文献２】特開２０００−１３１６１０号公報（段落番号〔００１０〕〜〔００２７〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、プリズムを用いて光路が折り曲げられた光学系を有するズームレンズでは、プリズムの大きさを小型化することで、より一層の小型化、薄型化が可能となる。しかし、特許文献２で開示されたズームレンズでは、第１レンズ群に含まれるレンズの径や厚さをより小さくすると、光学性能が悪化してしまうため、プリズムをより小型化することが困難であることが課題であった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光学性能を損なうことなく、プリズムをより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、光学性能を損なうことなく、プリズムをより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを用いた撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足することを特徴とするズームレンズが提供される。
【００１０】
このようなズームレンズでは、物体側より順に正、負、正、正および負の屈折力をそれぞれ有する５つのレンズ群を具備し、そのうち第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うことが可能となっている。そして、第１レンズ群は、物体側より負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備することで、ズーミングを行う際の第２および第４レンズ群の移動方向が、第１レンズ群の後側レンズ群の光軸方向となる。また、第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、これらのうち、後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズによって構成される。さらに、被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５については、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のズームレンズでは、物体側より順に正、負、正、正および負の屈折力をそれぞれ有する５つのレンズ群を具備し、そのうち第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うことが可能とされ、さらに、第１レンズ群が、物体側より負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備することで、ズーミングを行う際の第２および第４レンズ群の移動方向が、第１レンズ群の後側レンズ群の光軸方向となり、レンズ系が薄型化される。また、被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５について、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成したことで、良好な光学性能を維持しながら、第１レンズ群の光学部材をより小型化し、レンズ系全体を薄型化することが可能となる。さらに、第１レンズ群を、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備するものとし、これらのうち、後側レンズ群を、両面が凸面とされた１枚のレンズによって構成することにより、レンズ系の全長を変えることなくより高いズーム倍率を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るズームレンズのレンズ構成例を示す断面図である。
図１では、例として、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像レンズとして用いられるズームレンズの構成例を示している。このズームレンズでは、物体側から像面ＩＭＧ側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配置されている。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５のさらに像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタといったローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。
【００１３】
このズームレンズは、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングを行うときには、第２レンズ群を物体側から像面ＩＭＧ側に、第４レンズ群を像面ＩＭＧ側から物体側にそれぞれ移動させる。また、このズームレンズはいわゆるリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群ＧＲ４または第５レンズ群ＧＲ５を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能となっている。
【００１４】
さらに、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する１枚のレンズＬ１と、光路を折り曲げるためのプリズムＰ１と、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ２によって構成されている。従って、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向は、最も物体側のレンズＬ１の光軸方向とは異なり、レンズＬ２の光軸方向とされる。なお、本実施の形態では、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状として構成している。
【００１５】
また、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順にレンズＬ３、Ｌ４およびＬ５の３枚のレンズによって構成され、そのうちレンズＬ４とレンズＬ５との間のレンズ面が接合されている。また、第３レンズ群ＧＲ３は、１枚のレンズＬ６によって構成されている。また、第４レンズ群ＧＲ４は、２枚のレンズＬ７およびＬ８によって構成され、レンズＬ７とレンズＬ８との間のレンズ面が接合されている。また、第５レンズ群ＧＲ５は、２枚のレンズＬ９およびＬ１０によって構成され、レンズＬ９とレンズＬ１０との間のレンズ面が接合されている。
【００１６】
ここで、図１を用いて、本発明の概要について説明する。
本発明のズームレンズは、図１に示すように、物体側より順に、正、負、正、正、負の屈折力をそれぞれ有する第１レンズ群ＧＲ１〜第５レンズ群ＧＲ５の５群構成で、かつ、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。また、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備している。第１レンズ群をこのような構成とすることで、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向が、後側レンズ群の光軸方向となるので、レンズ系の奥行きを縮小するとともに、その奥行きをズーミング時、フォーカシング時、あるいは電源のオン／オフに関係なく常に一定とすることができる。
【００１７】
なお、本実施の形態では、例として、第１レンズ群ＧＲ１の前側レンズ群および後側レンズ群としてそれぞれ１枚のレンズＬ１およびＬ２が設けられ、光路を折り曲げる光学部材としてプリズムＰ１が設けられている。
【００１８】
また、本発明のズームレンズは、さらに、以下の式（４）の条件を満足するように構成される。
１．０＜β５＜１．９ ……（４）
ただし、物体までの距離が無限遠とされたときの第５レンズ群ＧＲ５の結像倍率をβ５とする。この式（４）の条件のように、結像倍率β５が下限値を上回るように設計された場合、それより物体側のレンズの焦点距離を短縮することが可能となる。これにより、レンズ系の全長を短縮することができるとともに、第１レンズ群ＧＲ１のレンズの有効径を小さくすることが可能となり、これに伴って光路を折り曲げる光学部材（図１ではプリズムＰ１）を小型化することができるので、レンズ系の奥行きがさらに縮小される。
【００１９】
逆に、結像倍率β５が式（４）の下限値を下回ると、特に第１レンズ群ＧＲ１の前側レンズ群（図１ではレンズＬ１）の有効径を小さくすることが困難になる。また、結像倍率β５が式（４）の上限値を上回ると、Ｆナンバーを小さくするように設計した場合に、球面収差を十分補正することが不可能となり、また、射出瞳が像面ＩＭＧに近くなって、撮像素子に入射する光の角度が垂直から大きくはずれてしまうため、シェーディング等が発生して、結像性能が悪化する。
【００２０】
ところで、本発明のズームレンズでは、上記の条件を満足するように構成されることにより、短焦点距離端から長焦点距離端に対してズーミングを行う際に、移動する各レンズ群の移動方向を一方向とすることができる。具体的には、第２レンズ群ＧＲ２を物体側から像面ＩＭＧ側に移動させ、第４レンズ群ＧＲ４を像面ＩＭＧ側から物体側に移動させることで、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングを行うことができる。また、上記のズームレンズでは、第４レンズ群ＧＲ４の移動による変倍比の変化を比較的大きくすることにより、相対的に第２レンズ群ＧＲ２のストロークを小さくすることができる。
【００２１】
また、上記条件を満足する本発明のズームレンズでは、第２レンズ群ＧＲ２または第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能であるが、第２レンズ群ＧＲ２を移動させてフォーカシングを行うようにすることで、レンズのストロークが小さくなり、レンズ系の全長を短縮することができる。
【００２２】
５群構成のレンズ系を有する従来のズームレンズでは、短焦点距離端から長焦点距離端へ徐々にズーミングを行う際に、第４レンズ群をまず物体側方向に移動させ、途中で移動方向を逆転させて像面ＩＭＧ側に移動させるのが一般的であり、このように、第４レンズ群ＧＲ４がズーミングの途中で変曲点を持つような場合は、変曲点付近で第２レンズ群ＧＲ２によるフォーカシングが不可能になるという問題があった。本発明のズームレンズではこのような問題が生じず、第２レンズ群ＧＲ２の移動によるフォーカシングが可能となっている。
【００２３】
また、レンズの移動スペースについては、ズーミングのためのストロークに加えて、フォーカシングのためのストロークを考慮して決められる必要があるが、このとき、短焦点距離端でのフォーカシングより、長焦点距離端でのフォーカシングの方がより大きなストロークが必要となる。本発明の場合、第２レンズ群ＧＲ２は、フォーカシングのために必要なストロークが小さい短焦点距離端では最も物体側に位置し、大きなストロークが必要な長焦点距離端では最も像面ＩＭＧ側に位置する。従って、フォーカシングのために物体側に必要な第２レンズ群ＧＲ２のストロークが小さくなるとともに、長焦点距離端では、移動する第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４との間の位置となることから、フォーカシングのために必要なストロークがレンズ系の全長に与える影響が少なくなる。その結果、レンズ系の全長をより短縮することが可能となる。さらに、上述したように、本発明のズームレンズでは、ズーミングの際の第２レンズ群ＧＲ２のストロークが小さくされていることから、レンズ系の全長の短縮効果が大きい。
【００２４】
以上のようなズーミング時およびフォーカシング時のレンズ駆動を行うためには、第２レンズ群ＧＲ２および第４レンズ群ＧＲ４の各ストロークの間に、以下の式（５）の条件が成立するように構成することが望ましい。
０．５＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜１．２ ……（５）
ただし、第２レンズ群ＧＲ２の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群ＧＲ４の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４とする。ここで、上記の式（５）の下限値を下回ると、第４レンズ群ＧＲ４の有効径を大きくする必要が生じ、レンズ系全体の厚さが増してしまう。また、式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群ＧＲ１および第２レンズ群ＧＲ２の有効径を大きくする必要が生じ、同様にレンズ系全体の厚さが増してしまう。
【００２５】
また、本発明のズームレンズについては、第３レンズ群ＧＲ３と第５レンズ群ＧＲ５との焦点距離の比を規定する以下の式（６）をさらに満足するように構成されることが望ましい。
｜ｆ５／ｆ３｜＞２．１ ……（６）
ただし、第３レンズ群ＧＲ３の焦点距離をｆ３、第５レンズ群ＧＲ５の焦点距離をｆ５とする。ここで、式（６）の下限値を下回り、第５レンズ群ＧＲ５の屈折力が強くなりすぎた場合には、負のペッツバール和が増大して、像面湾曲の補正が困難になってくる。
【００２６】
また、上述したように、第１レンズ群ＧＲ１は、負の屈折力を有する前側レンズ群と、光路を折り曲げる光学部材と、正の屈折力を有する後側レンズ群とを具備するが、これらのうち、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状として構成することにより、レンズＬ１の有効径を小さくし、プリズムＰ１をより小型化することが可能となる。このような構成の場合、レンズＬ１については、さらに以下の式（７）および（８）を満足するように構成されることが望ましい。
ｎｅＬ１＞１．８ ……（７）
νｅＬ１＜３０ ……（８）
ただし、レンズＬ１のｅ線に対する屈折率をｎｅＬ１、レンズＬ１のｅ線を基準としたアッベ数をνｅＬ１とする。ここで、式（７）の条件を満足することにより、第１レンズ群ＧＲ１における球面収差補正を容易に行うことが可能となる。また、式（８）の条件を満足することにより、第１レンズ群ＧＲ１における色収差補正を容易に行うことが可能となる。
【００２７】
次に、図１に示した構成を有するズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。
表１に、第１の実施例の各数値を示す。また、表２に、第１の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表３に、第１の実施例において非球面で構成された面の非球面係数を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
なお、表１（後述する表２および表３も同様）において、面番号Ｓ１〜Ｓ２４は、レンズＬ１〜Ｌ１０、プリズムＰ１、アイリスＩＲ、フィルタＦＬおよびカバーガラスＣＧの中心軸における光の入射面および出射面を、物体側から順に示している。例えば、Ｓ１はレンズＬ１の物体側のレンズ面を示し、Ｓ２はその像面ＩＭＧ側のレンズ面を示している。また、Ｓ３はプリズムＰ１の物体側の面を示し、Ｓ４はその像面ＩＭＧ側の面を示している。また、接合レンズについては、各レンズの接合面を同一の面番号で示している。例えば、Ｓ１０はレンズＬ４とレンズＬ５との接合面を示している。
【００３２】
また、Ｒは各面の曲率、ｄは面と面との間隔、ｎｅはｅ線に対する屈折率、νｅはｅ線を基準としたアッベ数をそれぞれ示す。曲率Ｒの欄では、数値の後に（ＡＳＰ）と示した面は、その面が非球面によって構成されたことを示している。また、間隔ｄは、その面と、像面ＩＭＧ側に隣接する面との間の間隔を示している。例えば、面番号Ｓ１の欄に記載された間隔ｄの値は、レンズＬ１の物体側と像面ＩＭＧ側との間の厚さを示している。また、ズーミングやフォーカシングの際に移動する面の間隔ｄについては、ズーミングの際の短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端の順に示している。
【００３３】
また、この第１の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の物体側の面（Ｓ１２）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。非球面の形状は、以下の式（９）によって表される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ただし、各レンズ面の頂点からの光軸方向の距離をｘ、頂点でのレンズの曲率半径をｒ、円錐定数をκとする。また、４次、６次、８次および１０次の非球面係数をそれぞれＣ４、Ｃ６、Ｃ８およびＣ１０としており、表３（後述する表６および表９でも同様）では、これらの非球面係数の値を示している。また、表３（後述する表６および表９でも同様）中の“Ｅ”は、１０を底とする指数表現を意味している。
【００３６】
この第１の実施例のように、第１レンズ群ＧＲ１の具備するレンズのうち少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることにより、歪曲収差が補正されるとともに、レンズＬ１の有効径を小さくして、プリズムＰ１を小型化することが可能となる。また、第５レンズ群ＧＲ５において、レンズＬ９とレンズＬ１０との接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされていることにより、色収差が補正されるとともに、レンズ性能悪化に対する第５レンズ群ＧＲ５の敏感度を低減することができる。なお、接合レンズを用いることにより、当該レンズ群内での偏心による像面の倒れや、コマ収差の発生量を小さくするとともに、製造を容易にすることができる。
【００３７】
図２〜図４は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。
ここで、各図の（Ａ）は球面収差を示しており、縦軸が開放Ｆ値との割合、横軸がフォーカス量を示している。また、実線はｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（６５６．３ｎｍ）での球面収差をそれぞれ示している。また、各図の（Ｂ）は非点収差を示しており、縦軸が像高、横軸がフォーカス量を示し、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面における値を示している。さらに、各図の（Ｃ）は歪曲収差を示しており、縦軸が像高、横軸が割合（％）を示している。（なお、後述する図５〜図１０でも同様である。）
次に、第２の実施例について説明する。表４に、第２の実施例の各数値を示す。また、表５に、第２の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表６に、第２の実施例において非球面とされた面の非球面係数を示す。
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】
この第２の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の両面（Ｓ１２およびＳ１３）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。
【００４２】
以上の第２の実施例では、第１の実施例と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）が非球面とされたことにより、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰ１が小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５に用いられた接合レンズ（レンズＬ９およびレンズＬ１０）の接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされており、色収差が補正されている。
【００４３】
図５〜図７は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。
【００４４】
次に、第３の実施例について説明する。表７に、第３の実施例の各数値を示す。また、表８に、第３の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表９に、第３の実施例において非球面とされた面の非球面係数を示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】
【表８】
【００４７】
【表９】
【００４８】
この第３の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の両面（Ｓ１２およびＳ１３）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。
【００４９】
以上の第３の実施例では、第１の実施例と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）が非球面とされ、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰ１が小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５に用いられた接合レンズ（レンズＬ９およびレンズＬ１０）の接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされており、色収差が補正されている。
【００５０】
図８〜図１０は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。
【００５１】
ここで、表１０に、第１、第２および第３の実施例において、上記の各式（４）〜（８）の条件を求めるための数値を示す。
【００５２】
【表１０】
【００５３】
この表１０に示すように、上記の第１〜第３の実施例は、式（４）〜（８）の各条件を満足している。また、図２〜図１０の諸収差図によれば、各実施例とも短焦点距離端、中間焦点距離および長焦点距離端において、諸収差がバランスよく補正されていることがわかる。従って、３倍程度の変倍比を有する撮像装置用、特に画素数の比較的多いデジタルスチルカメラ用のズームレンズとして、好適なものが実現されている。
【００５４】
次に、上記のズームレンズを用いた撮像装置の例について説明する。図１１は、本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。
図１１に示すデジタルスチルカメラは、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図１２は、このデジタルスチルカメラにおける部品の取り付け構造を示す断面図である。
図１２では、図中左側に被写体が存在する場合のデジタルスチルカメラの内部を示している。ズームレンズ１１は、カメラ筐体９０の内部に収納されており、その下部に撮像素子１２が設けられる。また、ＬＣＤ４０は、被写体と対向する側のカメラ筐体９０面に設けられ、撮影時に画角を合わせるために使用される。
【００６３】
本発明のズームレンズは、被写体からの光の光軸をプリズムによって折り曲げ、さらにその折り曲げた方向（図中の上下方向）に沿って所定のレンズを移動させることでズーミングやフォーカシングを行うことが可能となっている。従って、ズームレンズ１１をカメラ筐体９０から突出させずに撮影を行うことが可能で、撮影時のカメラ本体の奥行きが短縮される。これに加えて、上述した条件を満足するようにズームレンズ１１が設計されることにより、カメラ筐体９０のさらなる薄型化、および上下方向の小型化が可能となり、小型でありながら、３〜５倍程度のズーミングが可能で、かつ、各種焦点距離において収差の少ない高画質な撮像画像を得ることが可能である。
【００６４】
なお、上記の実施の形態では、本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えばビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係るズームレンズのレンズ構成例を示す断面図である。
【図２】第１の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図３】第１の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図４】第１の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図５】第２の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図６】第２の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図７】第２の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図８】第３の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図９】第３の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図１０】第３の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図１１】本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るデジタルスチルカメラにおける部品の取り付け構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
ＧＲ１……第１レンズ群、ＧＲ２……第２レンズ群、ＧＲ３……第３レンズ群、ＧＲ４……第４レンズ群、ＧＲ５……第５レンズ群、Ｌ１〜Ｌ１０……レンズ、Ｐ１……プリズム、ＩＲ……アイリス、ＦＬ……フィルタ、ＣＧ……カバーガラス、ＩＭＧ……像面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズ、およびこのズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラ等の小型撮像装置に適した、３〜５倍程度の変倍率を実現可能なリアフォーカス式のズームレンズ、およびこのズームレンズを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラは家庭用としても広く普及しているが、これらの小型の撮像装置に対しては、より一層の小型化が求められている。このため、これらに搭載される撮影用レンズ、特にズームレンズに対しても、全長や奥行きの短縮等による小型化が求められている。また、このような撮影用レンズ、特にデジタルスチルカメラ用のものに対しては、撮像素子の高画素数化に対応して、小型化とともにレンズ性能の向上も求められている。
【０００３】
例えば、最も物体側に配置される第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス式のズームレンズは、レンズ系全体を比較的容易に小型化し、かつ、画素数の多い固体撮像素子に適した結像性能が得られることが知られている。このようなリアフォーカス式のズームレンズとしては、物体側から順に、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、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第５レンズ群を有し、第２および第４レンズ群を移動させてズーミングを行い、第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行うように構成された５群ズームレンズが知られている。例えば、このような構成で、さらに、第３レンズ群と第５レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ５、被写体距離が無限距離での第５レンズ群の結像倍率をβ５、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端と望遠端における全系の焦点距離をそれぞれｆｗ、ｆｔとしたとき、以下の式（１）〜（３）を満足するようなズームレンズがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【数１】
【０００５】
また、最近では、第１レンズ群から像面までの光路を途中で折り曲げて、撮像装置に組み込んだ際にその前後長を短縮するとともに、ズーミング時のレンズの可動方向を上下方向とすることで、撮影時におけるレンズの突起部をなくすことが考えられている。例えば、物体側から順に、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、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レンズ群を有し、第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングが行われる４群レンズ構成をなし、第１レンズ群が物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズの第１レンズ、光路を折り曲げるプリズム、正の屈折力を有する単レンズの第２レンズを有しているズームレンズがあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３０１５１９２号公報（段落番号〔００１４〕〜〔００３７〕、第１図）
【特許文献２】特開２０００−１３１６１０号公報（段落番号〔００１０〕〜〔００２７〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、プリズムを用いて光路が折り曲げられた光学系を有するズームレンズでは、プリズムの大きさを小型化することで、より一層の小型化、薄型化が可能となる。しかし、特許文献２で開示されたズームレンズでは、第１レンズ群に含まれるレンズの径や厚さをより小さくすると、光学性能が悪化してしまうため、プリズムをより小型化することが困難であることが課題であった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光学性能を損なうことなく、プリズムをより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、光学性能を損なうことなく、プリズムをより小型化してレンズ系全体を小型化することが可能なリアフォーカス式のズームレンズを用いた撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足することを特徴とするズームレンズが提供される。
【００１０】
このようなズームレンズでは、物体側より順に正、負、正、正および負の屈折力をそれぞれ有する５つのレンズ群を具備し、そのうち第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うことが可能となっている。そして、第１レンズ群は、物体側より負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備することで、ズーミングを行う際の第２および第４レンズ群の移動方向が、第１レンズ群の後側レンズ群の光軸方向となる。また、第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、これらのうち、後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズによって構成される。さらに、被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５については、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のズームレンズでは、物体側より順に正、負、正、正および負の屈折力をそれぞれ有する５つのレンズ群を具備し、そのうち第２および第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うことが可能とされ、さらに、第１レンズ群が、物体側より負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備することで、ズーミングを行う際の第２および第４レンズ群の移動方向が、第１レンズ群の後側レンズ群の光軸方向となり、レンズ系が薄型化される。また、被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍率β５について、すべての変倍領域において、１．０＜β５＜１．９の条件を満足するように構成したことで、良好な光学性能を維持しながら、第１レンズ群の光学部材をより小型化し、レンズ系全体を薄型化することが可能となる。さらに、第１レンズ群を、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備するものとし、これらのうち、後側レンズ群を、両面が凸面とされた１枚のレンズによって構成することにより、レンズ系の全長を変えることなくより高いズーム倍率を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るズームレンズのレンズ構成例を示す断面図である。
図１では、例として、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像レンズとして用いられるズームレンズの構成例を示している。このズームレンズでは、物体側から像面ＩＭＧ側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配置されている。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５のさらに像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタといったローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。
【００１３】
このズームレンズは、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングを行うときには、第２レンズ群を物体側から像面ＩＭＧ側に、第４レンズ群を像面ＩＭＧ側から物体側にそれぞれ移動させる。また、このズームレンズはいわゆるリアフォーカス方式を採用しており、第４レンズ群ＧＲ４または第５レンズ群ＧＲ５を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能となっている。
【００１４】
さらに、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する１枚のレンズＬ１と、光路を折り曲げるためのプリズムＰ１と、正の屈折力を有する１枚のレンズＬ２によって構成されている。従って、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向は、最も物体側のレンズＬ１の光軸方向とは異なり、レンズＬ２の光軸方向とされる。なお、本実施の形態では、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状として構成している。
【００１５】
また、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順にレンズＬ３、Ｌ４およびＬ５の３枚のレンズによって構成され、そのうちレンズＬ４とレンズＬ５との間のレンズ面が接合されている。また、第３レンズ群ＧＲ３は、１枚のレンズＬ６によって構成されている。また、第４レンズ群ＧＲ４は、２枚のレンズＬ７およびＬ８によって構成され、レンズＬ７とレンズＬ８との間のレンズ面が接合されている。また、第５レンズ群ＧＲ５は、２枚のレンズＬ９およびＬ１０によって構成され、レンズＬ９とレンズＬ１０との間のレンズ面が接合されている。
【００１６】
ここで、図１を用いて、本発明の概要について説明する。
本発明のズームレンズは、図１に示すように、物体側より順に、正、負、正、正、負の屈折力をそれぞれ有する第１レンズ群ＧＲ１〜第５レンズ群ＧＲ５の５群構成で、かつ、第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４とを移動させてズーミングを行うように構成されている。また、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備している。第１レンズ群をこのような構成とすることで、ズーミングやフォーカシング時に移動するレンズの移動方向が、後側レンズ群の光軸方向となるので、レンズ系の奥行きを縮小するとともに、その奥行きをズーミング時、フォーカシング時、あるいは電源のオン／オフに関係なく常に一定とすることができる。
【００１７】
なお、本実施の形態では、例として、第１レンズ群ＧＲ１の前側レンズ群および後側レンズ群としてそれぞれ１枚のレンズＬ１およびＬ２が設けられ、光路を折り曲げる光学部材としてプリズムＰ１が設けられている。
【００１８】
また、本発明のズームレンズは、さらに、以下の式（４）の条件を満足するように構成される。
１．０＜β５＜１．９ ……（４）
ただし、物体までの距離が無限遠とされたときの第５レンズ群ＧＲ５の結像倍率をβ５とする。この式（４）の条件のように、結像倍率β５が下限値を上回るように設計された場合、それより物体側のレンズの焦点距離を短縮することが可能となる。これにより、レンズ系の全長を短縮することができるとともに、第１レンズ群ＧＲ１のレンズの有効径を小さくすることが可能となり、これに伴って光路を折り曲げる光学部材（図１ではプリズムＰ１）を小型化することができるので、レンズ系の奥行きがさらに縮小される。
【００１９】
逆に、結像倍率β５が式（４）の下限値を下回ると、特に第１レンズ群ＧＲ１の前側レンズ群（図１ではレンズＬ１）の有効径を小さくすることが困難になる。また、結像倍率β５が式（４）の上限値を上回ると、Ｆナンバーを小さくするように設計した場合に、球面収差を十分補正することが不可能となり、また、射出瞳が像面ＩＭＧに近くなって、撮像素子に入射する光の角度が垂直から大きくはずれてしまうため、シェーディング等が発生して、結像性能が悪化する。
【００２０】
ところで、本発明のズームレンズでは、上記の条件を満足するように構成されることにより、短焦点距離端から長焦点距離端に対してズーミングを行う際に、移動する各レンズ群の移動方向を一方向とすることができる。具体的には、第２レンズ群ＧＲ２を物体側から像面ＩＭＧ側に移動させ、第４レンズ群ＧＲ４を像面ＩＭＧ側から物体側に移動させることで、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングを行うことができる。また、上記のズームレンズでは、第４レンズ群ＧＲ４の移動による変倍比の変化を比較的大きくすることにより、相対的に第２レンズ群ＧＲ２のストロークを小さくすることができる。
【００２１】
また、上記条件を満足する本発明のズームレンズでは、第２レンズ群ＧＲ２または第４レンズ群ＧＲ４を移動させることによりフォーカシングを行うことが可能であるが、第２レンズ群ＧＲ２を移動させてフォーカシングを行うようにすることで、レンズのストロークが小さくなり、レンズ系の全長を短縮することができる。
【００２２】
５群構成のレンズ系を有する従来のズームレンズでは、短焦点距離端から長焦点距離端へ徐々にズーミングを行う際に、第４レンズ群をまず物体側方向に移動させ、途中で移動方向を逆転させて像面ＩＭＧ側に移動させるのが一般的であり、このように、第４レンズ群ＧＲ４がズーミングの途中で変曲点を持つような場合は、変曲点付近で第２レンズ群ＧＲ２によるフォーカシングが不可能になるという問題があった。本発明のズームレンズではこのような問題が生じず、第２レンズ群ＧＲ２の移動によるフォーカシングが可能となっている。
【００２３】
また、レンズの移動スペースについては、ズーミングのためのストロークに加えて、フォーカシングのためのストロークを考慮して決められる必要があるが、このとき、短焦点距離端でのフォーカシングより、長焦点距離端でのフォーカシングの方がより大きなストロークが必要となる。本発明の場合、第２レンズ群ＧＲ２は、フォーカシングのために必要なストロークが小さい短焦点距離端では最も物体側に位置し、大きなストロークが必要な長焦点距離端では最も像面ＩＭＧ側に位置する。従って、フォーカシングのために物体側に必要な第２レンズ群ＧＲ２のストロークが小さくなるとともに、長焦点距離端では、移動する第２レンズ群ＧＲ２と第４レンズ群ＧＲ４との間の位置となることから、フォーカシングのために必要なストロークがレンズ系の全長に与える影響が少なくなる。その結果、レンズ系の全長をより短縮することが可能となる。さらに、上述したように、本発明のズームレンズでは、ズーミングの際の第２レンズ群ＧＲ２のストロークが小さくされていることから、レンズ系の全長の短縮効果が大きい。
【００２４】
以上のようなズーミング時およびフォーカシング時のレンズ駆動を行うためには、第２レンズ群ＧＲ２および第４レンズ群ＧＲ４の各ストロークの間に、以下の式（５）の条件が成立するように構成することが望ましい。
０．５＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜１．２ ……（５）
ただし、第２レンズ群ＧＲ２の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での第４レンズ群ＧＲ４の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４とする。ここで、上記の式（５）の下限値を下回ると、第４レンズ群ＧＲ４の有効径を大きくする必要が生じ、レンズ系全体の厚さが増してしまう。また、式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群ＧＲ１および第２レンズ群ＧＲ２の有効径を大きくする必要が生じ、同様にレンズ系全体の厚さが増してしまう。
【００２５】
また、本発明のズームレンズについては、第３レンズ群ＧＲ３と第５レンズ群ＧＲ５との焦点距離の比を規定する以下の式（６）をさらに満足するように構成されることが望ましい。
｜ｆ５／ｆ３｜＞２．１ ……（６）
ただし、第３レンズ群ＧＲ３の焦点距離をｆ３、第５レンズ群ＧＲ５の焦点距離をｆ５とする。ここで、式（６）の下限値を下回り、第５レンズ群ＧＲ５の屈折力が強くなりすぎた場合には、負のペッツバール和が増大して、像面湾曲の補正が困難になってくる。
【００２６】
また、上述したように、第１レンズ群ＧＲ１は、負の屈折力を有する前側レンズ群と、光路を折り曲げる光学部材と、正の屈折力を有する後側レンズ群とを具備するが、これらのうち、レンズＬ１を、物体側に向けて凸型形状とされたメニスカスレンズにより構成し、レンズＬ２の双方のレンズ面を凸型形状として構成することにより、レンズＬ１の有効径を小さくし、プリズムＰ１をより小型化することが可能となる。このような構成の場合、レンズＬ１については、さらに以下の式（７）および（８）を満足するように構成されることが望ましい。
ｎｅＬ１＞１．８ ……（７）
νｅＬ１＜３０ ……（８）
ただし、レンズＬ１のｅ線に対する屈折率をｎｅＬ１、レンズＬ１のｅ線を基準としたアッベ数をνｅＬ１とする。ここで、式（７）の条件を満足することにより、第１レンズ群ＧＲ１における球面収差補正を容易に行うことが可能となる。また、式（８）の条件を満足することにより、第１レンズ群ＧＲ１における色収差補正を容易に行うことが可能となる。
【００２７】
次に、図１に示した構成を有するズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。
表１に、第１の実施例の各数値を示す。また、表２に、第１の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表３に、第１の実施例において非球面で構成された面の非球面係数を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
なお、表１（後述する表２および表３も同様）において、面番号Ｓ１〜Ｓ２４は、レンズＬ１〜Ｌ１０、プリズムＰ１、アイリスＩＲ、フィルタＦＬおよびカバーガラスＣＧの中心軸における光の入射面および出射面を、物体側から順に示している。例えば、Ｓ１はレンズＬ１の物体側のレンズ面を示し、Ｓ２はその像面ＩＭＧ側のレンズ面を示している。また、Ｓ３はプリズムＰ１の物体側の面を示し、Ｓ４はその像面ＩＭＧ側の面を示している。また、接合レンズについては、各レンズの接合面を同一の面番号で示している。例えば、Ｓ１０はレンズＬ４とレンズＬ５との接合面を示している。
【００３２】
また、Ｒは各面の曲率、ｄは面と面との間隔、ｎｅはｅ線に対する屈折率、νｅはｅ線を基準としたアッベ数をそれぞれ示す。曲率Ｒの欄では、数値の後に（ＡＳＰ）と示した面は、その面が非球面によって構成されたことを示している。また、間隔ｄは、その面と、像面ＩＭＧ側に隣接する面との間の間隔を示している。例えば、面番号Ｓ１の欄に記載された間隔ｄの値は、レンズＬ１の物体側と像面ＩＭＧ側との間の厚さを示している。また、ズーミングやフォーカシングの際に移動する面の間隔ｄについては、ズーミングの際の短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端の順に示している。
【００３３】
また、この第１の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の物体側の面（Ｓ１２）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。非球面の形状は、以下の式（９）によって表される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ただし、各レンズ面の頂点からの光軸方向の距離をｘ、頂点でのレンズの曲率半径をｒ、円錐定数をκとする。また、４次、６次、８次および１０次の非球面係数をそれぞれＣ４、Ｃ６、Ｃ８およびＣ１０としており、表３（後述する表６および表９でも同様）では、これらの非球面係数の値を示している。また、表３（後述する表６および表９でも同様）中の“Ｅ”は、１０を底とする指数表現を意味している。
【００３６】
この第１の実施例のように、第１レンズ群ＧＲ１の具備するレンズのうち少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることにより、歪曲収差が補正されるとともに、レンズＬ１の有効径を小さくして、プリズムＰ１を小型化することが可能となる。また、第５レンズ群ＧＲ５において、レンズＬ９とレンズＬ１０との接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされていることにより、色収差が補正されるとともに、レンズ性能悪化に対する第５レンズ群ＧＲ５の敏感度を低減することができる。なお、接合レンズを用いることにより、当該レンズ群内での偏心による像面の倒れや、コマ収差の発生量を小さくするとともに、製造を容易にすることができる。
【００３７】
図２〜図４は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。
ここで、各図の（Ａ）は球面収差を示しており、縦軸が開放Ｆ値との割合、横軸がフォーカス量を示している。また、実線はｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（６５６．３ｎｍ）での球面収差をそれぞれ示している。また、各図の（Ｂ）は非点収差を示しており、縦軸が像高、横軸がフォーカス量を示し、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面における値を示している。さらに、各図の（Ｃ）は歪曲収差を示しており、縦軸が像高、横軸が割合（％）を示している。（なお、後述する図５〜図１０でも同様である。）
次に、第２の実施例について説明する。表４に、第２の実施例の各数値を示す。また、表５に、第２の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表６に、第２の実施例において非球面とされた面の非球面係数を示す。
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】
この第２の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の両面（Ｓ１２およびＳ１３）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。
【００４２】
以上の第２の実施例では、第１の実施例と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）が非球面とされたことにより、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰ１が小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５に用いられた接合レンズ（レンズＬ９およびレンズＬ１０）の接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされており、色収差が補正されている。
【００４３】
図５〜図７は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。
【００４４】
次に、第３の実施例について説明する。表７に、第３の実施例の各数値を示す。また、表８に、第３の実施例における各焦点位置での焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）および半画角ωの値を示す。さらに、表９に、第３の実施例において非球面とされた面の非球面係数を示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】
【表８】
【００４７】
【表９】
【００４８】
この第３の実施例では、レンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）、レンズＬ６の両面（Ｓ１２およびＳ１３）、およびレンズＬ７の物体側の面（Ｓ１５）が、それぞれ非球面によって構成されている。
【００４９】
以上の第３の実施例では、第１の実施例と同様に、第１レンズ群ＧＲ１のレンズＬ２の両面（Ｓ５およびＳ６）が非球面とされ、歪曲収差が補正されるとともに、プリズムＰ１が小型化されている。また、第５レンズ群ＧＲ５に用いられた接合レンズ（レンズＬ９およびレンズＬ１０）の接合面（Ｓ１９）が物体側に凸型の形状とされており、色収差が補正されている。
【００５０】
図８〜図１０は、それぞれ短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。各図において、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示している。
【００５１】
ここで、表１０に、第１、第２および第３の実施例において、上記の各式（４）〜（８）の条件を求めるための数値を示す。
【００５２】
【表１０】
【００５３】
この表１０に示すように、上記の第１〜第３の実施例は、式（４）〜（８）の各条件を満足している。また、図２〜図１０の諸収差図によれば、各実施例とも短焦点距離端、中間焦点距離および長焦点距離端において、諸収差がバランスよく補正されていることがわかる。従って、３倍程度の変倍比を有する撮像装置用、特に画素数の比較的多いデジタルスチルカメラ用のズームレンズとして、好適なものが実現されている。
【００５４】
次に、上記のズームレンズを用いた撮像装置の例について説明する。図１１は、本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。
図１１に示すデジタルスチルカメラは、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図１２は、このデジタルスチルカメラにおける部品の取り付け構造を示す断面図である。
図１２では、図中左側に被写体が存在する場合のデジタルスチルカメラの内部を示している。ズームレンズ１１は、カメラ筐体９０の内部に収納されており、その下部に撮像素子１２が設けられる。また、ＬＣＤ４０は、被写体と対向する側のカメラ筐体９０面に設けられ、撮影時に画角を合わせるために使用される。
【００６３】
本発明のズームレンズは、被写体からの光の光軸をプリズムによって折り曲げ、さらにその折り曲げた方向（図中の上下方向）に沿って所定のレンズを移動させることでズーミングやフォーカシングを行うことが可能となっている。従って、ズームレンズ１１をカメラ筐体９０から突出させずに撮影を行うことが可能で、撮影時のカメラ本体の奥行きが短縮される。これに加えて、上述した条件を満足するようにズームレンズ１１が設計されることにより、カメラ筐体９０のさらなる薄型化、および上下方向の小型化が可能となり、小型でありながら、３〜５倍程度のズーミングが可能で、かつ、各種焦点距離において収差の少ない高画質な撮像画像を得ることが可能である。
【００６４】
なお、上記の実施の形態では、本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えばビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係るズームレンズのレンズ構成例を示す断面図である。
【図２】第１の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図３】第１の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図４】第１の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図５】第２の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図６】第２の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図７】第２の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図８】第３の実施例における短焦点距離端での諸収差図である。
【図９】第３の実施例における中間焦点距離での諸収差図である。
【図１０】第３の実施例における長焦点距離端での諸収差図である。
【図１１】本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るデジタルスチルカメラにおける部品の取り付け構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
ＧＲ１……第１レンズ群、ＧＲ２……第２レンズ群、ＧＲ３……第３レンズ群、ＧＲ４……第４レンズ群、ＧＲ５……第５レンズ群、Ｌ１〜Ｌ１０……レンズ、Ｐ１……プリズム、ＩＲ……アイリス、ＦＬ……フィルタ、ＣＧ……カバーガラス、ＩＭＧ……像面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、
被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、
１．０＜β５＜１．９
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群を物体側から像面側へ移動させ、前記第４レンズ群を像面側から物体側へ移動させることにより、広角側から望遠側にズーミングを行うように構成されることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群を移動させることによりフォーカシングを行うように構成されることを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での前記第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４としたときに、
０．５＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜１．２
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたときに、
｜ｆ５／ｆ３｜＞２．１
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群が具備するレンズのうち少なくとも１つの面は非球面で構成されることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第５レンズ群は、物体側を向いた面が凸面とされた接合面を有する接合レンズを具備することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群において、
前記前側レンズ群は、物体側に向かって凸型形状とされた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズからなり、
前記光学部材はプリズムからなる、
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項９】
前記前側レンズ群のｅ線に対する屈折率をｎｅＬ１、前記前側レンズ群のｅ線を基準としたアッベ数をνｅＬ１としたときに、
ｎｅＬ１＞１．８
νｅＬ１＜３０
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項８記載のズームレンズ。
【請求項１０】
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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置において、
前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、
被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、
１．０＜β５＜１．９
の条件を満足することを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、
被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、
１．０＜β５＜１．９
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群を物体側から像面側へ移動させ、前記第４レンズ群を像面側から物体側へ移動させることにより、広角側から望遠側にズーミングを行うように構成されることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群を移動させることによりフォーカシングを行うように構成されることを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ２、被写体距離が無限遠での前記第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端までのストロークをｄＺ４としたときに、
０．５＜｜ｄＺ２／ｄＺ４｜＜１．２
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたときに、
｜ｆ５／ｆ３｜＞２．１
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群が具備するレンズのうち少なくとも１つの面は非球面で構成されることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第５レンズ群は、物体側を向いた面が凸面とされた接合面を有する接合レンズを具備することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ群において、
前記前側レンズ群は、物体側に向かって凸型形状とされた負の屈折力を有する１枚のメニスカスレンズからなり、
前記光学部材はプリズムからなる、
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項９】
前記前側レンズ群のｅ線に対する屈折率をｎｅＬ１、前記前側レンズ群のｅ線を基準としたアッベ数をνｅＬ１としたときに、
ｎｅＬ１＞１．８
νｅＬ１＜３０
の条件をさらに満足することを特徴とする請求項８記載のズームレンズ。
【請求項１０】
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第５レンズ群を具備し、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたズームレンズを撮像レンズとして用いた撮像装置において、
前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する前側レンズ群、光路を折り曲げる光学部材、正の屈折力を有する後側レンズ群を具備し、
前記後側レンズ群は、両面が凸面とされた１枚のレンズからなり、
被写体距離が無限遠での前記第５レンズ群の結像倍率をβ５としたときに、すべての変倍領域において、
１．０＜β５＜１．９
の条件を満足することを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−６５３４７（Ｐ２００８−６５３４７Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０９２５（Ｐ２００７−２８０９２５）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【分割の表示】特願２００３−１５４７６０（Ｐ２００３−１５４７６０）の分割
【原出願日】平成１５年５月３０日（２００３．５．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【分割の表示】特願２００３−１５４７６０（Ｐ２００３−１５４７６０）の分割
【原出願日】平成１５年５月３０日（２００３．５．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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