(57)【要約】      （修正有）【課題】  近距離合焦時の移動量が少ない可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置を提供する。【解決手段】  物体側より順に、正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、負の第４レンズ群Ｇ４、正の第５レンズ群Ｇ５が配列されて成る可変焦点距離レンズ系において、広角端から望遠端までレンズ位置が変化する際に、第１レンズ群が固定され、第２レンズ群が像側へ移動し、第３レンズ群が固定され、第４レンズ群が第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動の補償及び合焦のために移動し、第５レンズ群が固定され、開口絞りＳが第３レンズ群の近傍に配置され、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗを広角端における全系の焦点距離、ｆｔを望遠端における全系の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５及び（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２を満足する。【選択図】  図２
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【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、負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可変焦点距離レンズ系において、
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の補償及び近距離合焦のため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、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５
（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。
【請求項２】
請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系おいて、
以下の条件式（３）及び（４）のうち、少なくともいずれか一方を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
（３）０．２５＜１／β4t＜０．４
（４）０．６＜β2w・β2t＜１．２
但し、
β4t：望遠端状態における第４レンズ群の横倍率
β2w：広角端状態における第２レンズ群の横倍率
β2t：望遠端状態における第２レンズ群の横倍率
とする。
【請求項３】
請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系において、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
（５）０．４＜Ｄｂ／ｆｔ＜０．９
但し、
Ｄｂ：最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの光軸に沿った距離
とする。
【請求項４】
請求項２に記載の可変焦点距離レンズ系において、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
（５）０．４＜Ｄｂ／ｆｔ＜０．９
但し、
Ｄｂ：最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの光軸に沿った距離
とする。
【請求項５】
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、負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可変焦点距離レンズ系と、上記可変焦点距離レンズ系により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、
上記可変焦点距離レンズ系は、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の補償及び近距離合焦のため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、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５
（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な可変焦点距離レンズ系及び撮像装置に関する。詳しくは、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好適な可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、撮像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。
【０００４】
但し、上記した高集積化や小型化により、個々の光電変換素子の受光面積が狭まり、電気出力の低下に伴ってノイズの影響が大きくなる問題があった。これを防ぐために、光学系の大口径比化により撮像素子上に到達する光量を増大させる試みが為された。また、各光電変換素子の直前に微小なレンズ素子（所謂、マイクロレンズアレイ）を配置して各光電変換素子上に到達する光量を増大させる試みも為された。このマイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子の間に至る光束を各光電変換素子上へ導くことによって各光電変換素子上に到達する光量を増大させることが出来る代わりに、レンズ系の射出瞳位置に制約を与えていた。すなわち、レンズ系の射出瞳位置が光電変換素子に近づくと、光電変換素子に到達する主光線の光軸となす角度が大きくなって画面周辺部へ向かう軸外光束が光軸に対して大きな角度をなし、その結果、光電変換素子上に到達せず、光量不足を招いてしまうからである。
【０００５】
従来より、ビデオカメラ用のズームレンズとして、様々なズームタイプが提案されてきた。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６などに示されたものが知られている。
【０００６】
上記した各特許文献に示されたズームレンズは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、負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レンズ群により構成されている。
【０００７】
特許文献１に示されたズームレンズはレンズ位置状態によらず第１レンズ群が光軸方向に固定され、近距離合焦時に第５レンズ群が移動するものである。
【０００８】
特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に示されたズームレンズはレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群が光軸方向に固定されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２１５９６７号公報
【００１０】
【特許文献２】特開平８−１４６２９５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０７２２号公報
【００１１】
【特許文献４】特開２０００−２３１０５０号公報
【００１２】
【特許文献５】特開２００１−３３６９７号公報
【００１３】
【特許文献６】特開２００１−３３７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、特許文献１に示されたズームレンズにあってはレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも３つのレンズ群が可動であり、駆動機構の複雑化を免れない。
【００１５】
特許文献２に示されたズームレンズにあっては第２レンズ群の屈折力が強すぎて、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、レンズ径の小型化が充分ではなかった。
【００１６】
特許文献３に示されたズームレンズにあっては第２レンズ群の屈折力が弱いため、所定の変倍比を確保するのに必要な第２レンズ群の移動量を減らすことができず、小型化を阻害する要因となっていた。
【００１７】
特許文献４、特許文献６に示されたズームレンズにあっては第１レンズ群の屈折力が弱く、レンズ全長の短縮化が難しかった。
【００１８】
特許文献５に示されたズームレンズにあっては第１レンズ群、第２レンズ群の屈折力が非常に強く、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、レンズ径の小型化が難しかった。
【００１９】
そこで、本発明は従来のズームレンズが抱えていた上記した問題点を解決し、近距離合焦時の移動量が少ない可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明可変焦点距離レンズ系は、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、負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の補償及び近距離合焦のため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、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗを広角端状態における全系の焦点距離、ｆｔを望遠端状態における全系の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、条件式（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５及び（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２を満足するものである。
【００２１】
また、本発明撮像装置は、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、負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可変焦点距離レンズ系と、上記可変焦点距離レンズ系により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、上記可変焦点距離レンズ系は、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の補償及び近距離合焦のため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、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗを広角端状態における全系の焦点距離、ｆｔを望遠端状態における全系の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、条件式（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５及び（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２を満足するものである。
【００２２】
従って、本発明にあっては、可変焦点距離レンズ系において、開口絞りが第３レンズ群近傍に配置されると共に近距離合焦時に第４レンズが移動し、さらに、第１レンズ群と第２レンズ群それぞれの焦点距離が適切に設定される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明可変焦点距離レンズ系は、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、負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可変焦点距離レンズ系において、
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の補償及び近距離合焦のため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、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
【００２４】
（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５
（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。
【００２５】
また、本発明撮像装置は、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、負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可変焦点距離レンズ系と、上記可変焦点距離レンズ系により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、
上記可変焦点距離レンズ系は、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の補償及び近距離合焦のため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、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
【００２６】
（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５
（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。
【００２７】
従って、本発明にあっては、可変焦点距離レンズ系の小型化と高性能化との両立化を図ることができる。また、当該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置の小型化と高性能化を図ることができる。
【００２８】
請求項２に記載した発明にあっては、β4tを望遠端状態における第４レンズ群の横倍率、β2wを広角端状態における第２レンズ群の横倍率、β2tを望遠端状態における第２レンズ群の横倍率として、条件式（３）０．２５＜１／β4t＜０．４及び（４）０．６＜β2w・β2t＜１．２のうち、少なくともいずれか一方を満足するので、第４レンズ群の移動量を減らして、可変焦点距離レンズ系のさらなる小型化が可能になる。
【００２９】
請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、Ｄｂを最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの光軸に沿った距離として、条件式（５）０．４＜Ｄｂ／ｆｔ＜０．９を満足するので、前玉レンズ径の更なる小型化によって可変焦点距離レンズ系の一層の小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明可変焦点距離レズ系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。
【００３１】
本発明においては、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、負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レンズ群が配置されて成り、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、第１レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群は光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動し、第２レンズ群の移動に伴って発生する像面位置の変動を第４レンズ群の移動によって補償する可変焦点距離レンズ系において、以下の（ア）〜（エ）の点に注力することによって、可変焦点距離レンズ系の小型化と高性能化との両立を達成することができた。
【００３２】
（ア）開口絞りを第３レンズ群の近傍に配置する
（イ）第１レンズ群の焦点距離を適切に設定する
（ウ）第２レンズ群の焦点距離を適切に設定する
（エ）近距離合焦時に第４レンズ群が移動する
可変焦点距離レンズ系において変倍比を高める場合、開口絞りの配置が重要である。
【００３３】
開口絞りから離れて配置されるレンズ群を通過する軸外光線は光軸から離れるため、開口絞りから離れて配置されたレンズ群においてはレンズ径の小型化が難しく、同時に画角の変化に伴う軸外収差の補正が難しくなってしまう。特に、第１レンズ群は像面から離れて配置されるため、レンズ径が大きくなりやすい。そのため、開口絞りが第１レンズ群から極端に離れすぎないことが肝要である。
【００３４】
また、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正するには、各レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させることが重要であり、そのため、開口絞りの前後にそれぞれ１つ以上の可動レンズ群を配置することが望ましい。
【００３５】
このため、本発明においては、可動レンズ群である第２レンズ群と第４レンズ群の間に位置している第３レンズ群の近傍に開口絞りを配置することにより、レンズ径の小型化と高性能化との両立を図っている（上記（ア））。
【００３６】
第１レンズ群はもっとも物体側に配置されるため、軸外光束が光軸から離れ、レンズ径が大きくなりやすく、同時に、軸上光束が広がった状態で入射するため、軸上収差が発生しやすい。
【００３７】
このため、第１レンズ群の屈折力を適切に設定することにより、前玉レンズ径の小型化が可能になると共に、軸上収差の発生を抑えることができる。そのため、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆｗを広角端状態における全系の焦点距離、ｆｔを望遠端状態における全系の焦点距離として、以下の条件式（１）を満足することが必要である。
【００３８】
（１）２＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２．５
この条件式（１）は第１レンズ群の焦点距離、すなわち、屈折力を規定する条件式であり、これを満足することにより、第１レンズ群の屈折力が適切に設定される（上記（イ））。
【００３９】
条件式（１）の上限値を上回った場合、レンズ全長の短縮化が難しくなってしまう。
【００４０】
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の大型化を引き起こしてしまうため、好ましくない。
【００４１】
本発明においては、レンズ位置状態が変化する際に第１レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群が固定であり、第２レンズ群が変倍群、第４レンズ群が補償群として機能する。
【００４２】
このため、第２レンズ群の屈折力が強いほど、少ない移動量で所定の変倍比を確保することが可能である。
【００４３】
ところが、第２レンズ群の屈折力が強まると、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくため、軸上収差と軸外収差とを同時に補正することが難しく、特に、広角端状態において画角の変化に伴う軸外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。
【００４４】
以上のことから、第２レンズ群の屈折力を適切に設定することが肝要である。そこで、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、以下の条件式（２）を満足することが必要である。
【００４５】
（２）−１．６＜ｆ２／ｆｗ＜−１．２
条件式（２）は第２レンズ群の焦点距離、すなわち、屈折力を規定する条件式であり、これを満足することにより、第２レンズ群の屈折力が適切に設定される（上記（ウ））。
【００４６】
条件式（２）の上限値を上回った場合、広角端状態において第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくため、画角の変化に伴う軸外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。
【００４７】
条件式（２）の下限値を下回った場合、所定の変倍比を確保するのに必要な第２レンズ群の移動量が大きくなるため、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群と間の間隔が大きくなりすぎて、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れすぎて、画角の変化に伴う軸外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。
【００４８】
更に、本発明においては、第４レンズ群の移動によって被写体距離の変化に伴う像面位置の変動を補正する、所謂、フォーカス機能を果たすように構成し、第４レンズ群が補償群とフォーカス群の機能を同時に果たすことで、可動レンズ群の数を減らしている（上記（エ））。
【００４９】
本発明においては、上述の通り、近距離合焦時に第４レンズ群を光軸方向に移動させている。
【００５０】
第４レンズ群は負の屈折力を有するため、第４レンズ群より射出される軸上光束が（ａ）発散される状態（第４レンズ群の横倍率β４が−１＜β４＜０）か、（ｂ）平行光に近い状態（−１＜１／β４＜１）が想定される。
【００５１】
上記（ａ）の場合、第４レンズ群により軸上光束が強く発散されるため、レンズ全長の短縮化が難しくなってしまう。このため、本発明においては、上記（ｂ）のように第４レンズ群の横倍率を設定することが好ましい。
【００５２】
本発明においては、第３レンズ群と第５レンズ群とが光軸方向に固定され、第４レンズ群がその間を移動するため、第４レンズ群の移動範囲（第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するのに必要な移動範囲と近距離合焦時に必要な移動範囲との和）を減らすことがレンズ系全体の小型化や駆動機構の簡略化につながる。
【００５３】
更に、現在、オートフォーカス機能が一般的であるが、オートフォーカス速度が遅くなると動きの速い被写体への合焦動作が遅くなってしまうため、ユーザーに違和感を感じさせてしまう。このため、オートフォーカス速度の高速化が必要であり、近距離合焦時の移動量を減らすことが肝要である。
【００５４】
第４レンズ群の移動量を減らすには、第４レンズ群の横倍率の逆数１／β４を０に近づけることが望ましく、本発明においては、β4tを望遠端状態における第４レンズ群の横倍率として、以下の条件式（３）を満足するように第４レンズ群の横倍率を設定することが望ましい。
【００５５】
（３）０．２５＜１／β4t＜０．４
条件式（３）の上限値を上回った場合、望遠端状態において近距離合焦時に必要な移動量が大きくなりすぎてしまう。
【００５６】
逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合、近距離合焦時に必要な移動量を減らすことは可能だが、第４レンズ群による発散作用が強まって、レンズ全長が長くなり、且つ、第５レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、画面周辺部においてコマ収差の補正が充分に行えなくなってしまう。
【００５７】
本発明においては、第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するのに必要な第４レンズ群の移動範囲を狭めるために、β2wを広角端状態における第２レンズ群の横倍率、β2tを望遠端状態における第２レンズ群の横倍率として、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．６＜β2w・β2t＜１．２
条件式（４）は第２レンズ群の広角端状態における横倍率と望遠端状態における横倍率の積を規定する条件式である。
【００５８】
本発明において、例えば、広角端状態と望遠端状態での第４レンズ群の位置が光軸方向において一致する場合、第２レンズ群は広角端状態における横倍率と望遠端状態における横倍率の積が１となる。この状態から第２レンズ群の横倍率が変化すると、広角端状態と望遠端状態で第４レンズ群の位置が変化することになり、それに伴って第４レンズ群のレンズ位置状態が変化する際に必要となる移動範囲が広がる。
【００５９】
条件式（４）の上限値を上回った場合、（第４レンズ群の位置が広角端状態に比べて望遠端状態の方が像側に位置する）第４レンズ群の光軸方向の位置に着目すると、広角端状態で物体側に位置するため、第４レンズ群の移動範囲が大きくなってしまう。
【００６０】
条件式（４）の下限値を下回った場合、（第４レンズ群の位置が広角端状態に比べて望遠端状態の方が物体側に位置する）広角端状態では第４レンズ群が開口絞りから離れるため、負の歪曲収差を良好に補正できるが、逆に、望遠端状態において第４レンズ群と開口絞りとの距離が近づきすぎて、望遠端状態おいて発生する正の歪曲収差を良好に補正することが難しくなってしまう。
【００６１】
本発明においては、特に、条件式（３）及び（４）を同時に満足する際に、第４レンズ群の移動範囲をより適切に狭めることが可能となり、レンズ系全体のさらなる小型化と駆動機構の簡略化を図ることが可能となる。
【００６２】
レンズ鏡筒の小型化を図る場合、レンズ全長の短縮化とレンズ径の小型化の２つの要素がある。鏡筒の体積を考える場合、レンズ径は高さ方向と幅方向の２方向に効果があるため、小型化に効果的である。
【００６３】
本発明においては、前玉レンズ径の更なる小型化を図り、レンズ鏡筒の小型化を実現するために、Ｄｂをズームレンズのもっとも物体側のレンズ面から開口絞りまでの光軸に沿った距離として、以下の条件式（５）を満足するように構成することが望ましい。
【００６４】
（５）０．４＜Ｄｂ／ｆｔ＜０．９
条件式（５）の上限値を上回った場合、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れてしまうため、レンズ径の更なる小型化が難しくなってしまう。
【００６５】
逆に、条件式（５）の下限値を下回った場合、変倍時に必要な第２レンズ群の移動範囲が狭くなり、少ない移動量で所定の変倍比を確保するために、第２レンズ群の屈折力を強めなければならず、その結果、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れすぎてしまい、レンズ径の大型化を引き起こしてしまう。
【００６６】
本発明においては、各レンズ群を以下のように構成することにより、レンズ位置状態の変化に伴う諸収差の変動を減らして、更なる高性能化を図ることができる。
【００６７】
第１レンズ群は望遠端状態において発生する負の球面収差を良好に補正するために、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、及び、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで構成することが望ましい。
【００６８】
第２レンズ群は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹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で構成することが望ましい。特に、物体側の負レンズは広角端状態において発生する軸外収差を良好に補正する機能をなし、像側の接合レンズは軸上収差を補正する機能をなすように構成することにより、収差補正上の機能が分離され、高性能化が図りやすい。
【００６９】
なお、更なる高性能化を図るには、接合レンズを分離したダブレット構成とする、あるいは、負正負の３枚によるトリプレット構成とすることが望ましい。
【００７０】
第３レンズ群は第２レンズ群により発散された光束を収斂させるため、強い屈折力を有している。このため、像側に強い凸面を向けた正レンズ、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により構成することが望ましい。
【００７１】
第４レンズ群は近距離合焦時に発生する諸収差の変動を補正するために、正レンズと負レンズをそれぞれ１枚以上有することが望ましい。
【００７２】
軸外光束は第４レンズ群により発散された状態で第５レンズ群に入射するため、軸上収差だけでなく軸外収差を良好に補正することが重要である。このため、像側に強い凸面を向けた正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズで構成することが望ましい。物体側の正レンズは軸外光束を光軸に近づくように屈折し、接合レンズは軸上収差の発生を良好に補正するように機能させて、軸上収差と軸外収差を同時に補正するようにしている。
【００７３】
本発明においては、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が可能となる。
【００７４】
更に、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。
【００７５】
ところで、本発明の別の観点に従えば、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つのレンズ群、あるいは１つのレンズ群の一部を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像をシフトさせることも可能であり、カメラのブレを検出する検出系、上記レンズ群をシフトさせる駆動系、検出系の出力に従って駆動系にシフト量を与える制御系と組合せることにより、防振光学系として機能させることが可能である。
【００７６】
特に、本発明においては、第３レンズ群か、あるいは、第５レンズ群の一部か全体を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、少ない収差変動で像をシフトさせることが可能である。
【００７７】
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。
【００７８】
以下に、本発明可変焦点距離レンズ系の実施の形態及び該実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について説明する。なお、各数値実施例において、非球面は以下の数１式で表される。
【００７９】
【数１】
2005352183.tif 000003
【００８０】
なお、上記数１式において、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは曲率、κは円錐定数、Ｃ４、Ｃ６、…は非球面係数である。
【００８１】
図１は、本発明可変焦点距離レンズ系の各実施の形態における各レンズ群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、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５が配置されて構成され、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像側へ移動する。
【００８２】
図２乃至図５に本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態１及び第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１を示す。
【００８３】
図２は、本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態におけるレンズ構成を示す図であり、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メニスカス形状の正レンズ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メニスカス形状の負レンズ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は像側に強い凸面を向けた正レンズＬ３１及び正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Ｌ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は正レンズと負レンズとの接合負レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は正レンズＬ５１及び負レンズと正レンズとの接合正レンズＬ５２により構成される。
【００８４】
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。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。
【００８５】
表１に、上記第１の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系１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。なお、以下の各表において、「ｓｉ」は物体側からｉ番目の面を、「ｒｉ」は物体側からｉ番面の面の曲率半径を、「ｄｉ」は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番面の面との間の面間隔を、「ｎｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、「νｉ」は物体側からｉ番目の硝材のｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示すものである。また、「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、「ＡＳＰ］は当該面が非球面であることを示す。
【００８６】
【表１】
2005352183.tif 000004
【００８７】
可変焦点距離レンズ系１において、ズーミング中、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ｄ１６及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１９は可変である。そこで、数値実施例１における上記各面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１６及びｄ１９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ナンバー、画角２ω（度）と共に表２に示す。
【００８８】
【表２】
2005352183.tif 000005
【００８９】
可変焦点レンズ系１において、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面ｓ１２及び第５レンズ群Ｇ５の最も像側の面ｓ２４は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における上記各面ｓ１２及びｓ２４の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共に表３に示す。
【００９０】
【表３】
2005352183.tif 000006
【００９１】
数値実施例１における各条件式対応値を表４に示す。
【００９２】
【表４】
2005352183.tif 000007
【００９３】
図３乃至図５に、数値実施例１における広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態、望遠端状態における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。なお、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示すものである。また、コマ収差図においてＡは画角を示す。
【００９４】
これら各収差図に示すように、広角端状態、広角端と望遠端との中間焦点距離状態及び望遠端状態において、各収差ともバランス良く補正されている。
【００９５】
図６乃至図９に本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態２及び第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２を示す。
【００９６】
図６は、本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態におけるレンズ構成を示す図であり、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メニスカス形状の正レンズ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メニスカス形状の負レンズ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は像側に強い凸面を向けた正レンズＬ３１及び正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Ｌ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は正レンズと負レンズとの接合負レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は正レンズＬ５１及び負レンズと正レンズとの接合正レンズＬ５２により構成される。
【００９７】
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。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。
【００９８】
表５に、上記第２の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系２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。
【００９９】
【表５】
2005352183.tif 000008
【０１００】
可変焦点距離レンズ系２において、ズーミング中、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ｄ１６及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１９は可変である。そこで、数値実施例２における上記各面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１６及びｄ１９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ナンバー、画角２ω（度）と共に表６に示す。
【０１０１】
【表６】
2005352183.tif 000009
【０１０２】
可変焦点レンズ系２において、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面ｓ１２及び第５レンズ群Ｇ５の最も像側の面ｓ２４は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における上記各面ｓ１２及びｓ２４の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共に表７に示す。
【０１０３】
【表７】
2005352183.tif 000010
【０１０４】
数値実施例２における各条件式対応値を表８に示す。
【０１０５】
【表８】
2005352183.tif 000011
【０１０６】
図７乃至図９に、数値実施例２における広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態、望遠端状態における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。なお、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示すものである。また、コマ収差図においてＡは画角を示す。
【０１０７】
これら各収差図に示すように、広角端状態、広角端と望遠端との中間焦点距離状態及び望遠端状態において、各収差ともバランス良く補正されている。
【０１０８】
図１０乃至図１３に本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態３及び第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３を示す。
【０１０９】
図１０は、本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態３におけるレンズ構成を示す図であり、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メニスカス形状の正レンズ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メニスカス形状の負レンズ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は像側に強い凸面を向けた正レンズＬ３１及び正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Ｌ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は正レンズと負レンズとの接合負レンズＬ４により構成され、第５レンズ群Ｇ５は正レンズＬ５１及び負レンズと正レンズとの接合正レンズＬ５２により構成される。
【０１１０】
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。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。
【０１１１】
表９に、上記第３の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系３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。
【０１１２】
【表９】
2005352183.tif 000012
【０１１３】
可変焦点距離レンズ系３において、ズーミング中、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ｄ１６及び第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の面間隔ｄ１９は可変である。そこで、数値実施例３における上記各面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１６及びｄ１９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ナンバー、画角２ω（度）と共に表１０に示す。
【０１１４】
【表１０】
2005352183.tif 000013
【０１１５】
可変焦点レンズ系３において、第３レンズ群Ｇ３の最も物体側の面ｓ１２及び第５レンズ群Ｇ５の最も像側の面ｓ２４は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における上記各面ｓ１２及びｓ２４の４次、６次、８次、１０次の各非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を円錐定数κと共に表１１に示す。
【０１１６】
【表１１】
2005352183.tif 000014
【０１１７】
数値実施例３における各条件式対応値を表１２に示す。
【０１１８】
【表１２】
2005352183.tif 000015
【０１１９】
図１１乃至図１３に、数値実施例３における広角端状態、広角端と望遠端との間の中間焦点距離状態、望遠端状態における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。なお、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示すものである。また、コマ収差図においてＡは画角を示す。
【０１２０】
これら各収差図に示すように、広角端状態、広角端と望遠端との中間焦点距離状態及び望遠端状態において、各収差ともバランス良く補正されている。
【０１２１】
なお、上記した各数値実施例においては、本発明可変焦点距離レンズ系を変倍時に像面位置が固定であるズームレンズとして適用した例を示したが、変倍時に像面位置が変動するバリフォーカルレンズとして適用することも可能であることは勿論である。
【０１２２】
図１４は本発明撮像装置の実施の形態を示すものである。
【０１２３】
撮像装置１０は可変焦点距離レンズ系２０を備え、可変焦点距離レンズ系２０によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子３０を有する。なお、撮像素子３０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記可変焦点距離レンズ系２０には本発明にかかる可変焦点距離レンズ系を適用することができ、例えば、上記した第１乃至第３の実施の形態に示した可変焦点距離レンズ系１、２、３を使用することができる。
【０１２４】
上記撮像素子３０によって形成された電気信号は映像分離回路４０によってフォーカス制御用の信号が制御回路５０に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
【０１２５】
制御回路５０には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が成される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路６０、７０を介して駆動部（例えば、モータ）６１、７１を動作させて、第２レンズ群Ｇ２及び第４レンズ群Ｇ４を所定の位置へと移動させる。各センサ６２、７２によって得られた第２レンズ群Ｇ２及び第４レンズ群Ｇ４の位置情報は制御回路５０に入力されて、ドライバ回路６０、７０へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路５０は上記映像分離回路４０から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように、例えば、第４レンズ群Ｇ４をドライバ回路７０を介して制御する。
【０１２６】
上記した撮像装置１０は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
【０１２７】
なお、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、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。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、小型化と高性能を要求される撮像装置に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図２乃至図１３と共に本発明可変焦点距離レンズ系の実施の形態を示すものであり、本図は各レンズ群の屈折力配分を示す図である。
【図２】図３乃至図５と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第１の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。
【図３】図４及び図５と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す図であり、本図は広角端状態におけるこれら収差を示すものである。
【図４】広角端と望遠端との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図である。
【図５】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図である。
【図６】図７乃至図９と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第２の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。
【図７】図８及び図９と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す図であり、本図は広角端状態におけるこれら収差を示すものである。
【図８】広角端と望遠端との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図である。
【図９】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図である。
【図１０】図１１乃至図１３と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第３の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。
【図１１】図１２及び図１３と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す図であり、本図は広角端状態におけるこれら収差を示すものである。
【図１２】広角端と望遠端との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図である。
【図１３】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態を示す図である。
【図１４】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】
【０１３０】
１…可変焦点距離レンズ系、２…可変焦点距離レンズ系、３…可変焦点距離レンズ系、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、Ｓ…開口絞り、１０…撮像装置、２０…可変焦点距離レンズ系、３０…撮像素子
【図１】
2005352183.tif 000016
【図２】
2005352183.tif 000017
【図３】
2005352183.tif 000018
【図４】
2005352183.tif 000019
【図５】
2005352183.tif 000020
【図６】
2005352183.tif 000021
【図７】
2005352183.tif 000022
【図８】
2005352183.tif 000023
【図９】
2005352183.tif 000024
【図１０】
2005352183.tif 000025
【図１１】
2005352183.tif 000026
【図１２】
2005352183.tif 000027
【図１３】
2005352183.tif 000028
【図１４】
2005352183.tif 000029