(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、
広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第３レンズ群、第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０                            ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０                        ・・・（２）
０．６３２７≦ｆ3 ／ｆT345＜１．２                    ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０                      ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜≦１．０９９６                  ・・・（５）
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０                            ・・・（７）
２．４８００≦Δ3T／ｆW ＜４．０                      ・・・（８）
ただし、ｆ1 は第１レンズ群の焦点距離、ｆ2 は第２レンズ群の焦点距離、ｆ3 は第３レンズ群の焦点距離、ｆ4 は第４レンズ群の焦点距離、ｆ5 は第５レンズ群の焦点距離、ｆW は広角端での全系の焦点距離、ｆT345は望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離、Δ1Tは広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量、Δ3Tは広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量である。
【請求項２】
広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角長より短い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】
第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ
２．５＜β2T／β2W＜７                                ・・・（９）
ただし、β2Wは第２レンズ群の広角端での結像倍率、β2Tは第２レンズ群の望遠端での結像倍率である。
【請求項４】
第２レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のズームレンズ。
【請求項５】
第４レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特に、カメラ等に最適な小型で高性能な広角高倍率ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ用の高倍率ズームレンズは、スタジオにおけるテレビカメラ用やシネカメラ用途で比較的古くから開発が行われてきた。また、ビデオカメラが普及してからは、業務用又は家庭用において開発が行われてきた。また、高倍率であって広角側の画角が７０°以上となると、光学設計も非常に高度な水準が要求されることは知られている。古くはその構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプが普及した。例えば特公平２−４８０８７号のものがある。これは、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群が固定されていることに特徴がある。
【０００３】
また、このタイプで、第１レンズ群にフロントコンバータを配置する考え方で開発された方式もある。例えば米国特許３，６８２，５３４号のものがある。これらはレンズ構成枚数が多く、大型であった。
【０００４】
また、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、第２レンズ群から第４レンズ群までが変倍時に可動であり、第４レンズ群でフォーカスするという方式の広角高倍率ズームレンズが提案されている。例えば特開平６−１４８５２０号のものがある。
【０００５】
また、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプがあるが、現在まで本出願で考える広角高倍率ズームレンズに近いものとして、特開平９−５６２８号のもの等がある。
【０００６】
さらに、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、変倍時に第１レンズ群以下が可動であるタイプとして、特開平７−２０３８１号のものがある。
【０００７】
これらの提案は、レンズ構成が簡単であるが、今後の結像素子の高画素化に対応するには、課題があった。これらのズームレンズタイプは、むしろ従来の銀塩フィルムを使用するカメラにおいて、開発が始められたものである。例えば、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、各々のレンズ群が移動するズーム方式で、広角端の画角が８０°を越えるものとして、米国特許第４，２９９，４５４号のものがある。
【０００８】
また、画角が７４°程度から１９°程度の約５倍の変倍比を持つものとして提案されたのが特公昭５８−３３５３１号のものである。
【０００９】
この提案は、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び負屈折力の第４レンズ群及び正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第１レンズ群と第２レンズ群を一体とするフォーカシング方法に特色があった。また、画角７４°程度から８．３°程度まで包括するズームレンズとして、米国特許第４，８９６，９５０号のものがある。これは、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び負屈折力の第４レンズ群及び正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第５レンズ群が変倍中に固定である。
【００１０】
これらは、銀塩フィルムカメラ用途には問題がなかったが、今後にデジタルカメラ用のＣＣＤに使用されているマイクロレンズを含めた開口率を損なわない光学系として用いるには、そのままで使用することはできない。また、色収差を含めた色むらの問題を考慮した場合に、軸外主光線の射出角度を十分に考え、像面照度まで考慮した光学設計が必要であると言わざるを得ない状況である。
【００１１】
また、後記する本発明のズームレンズのように、広角を含みながら望遠端が超望遠域まで含む高倍率ズームレンズにおいては、手持ち撮影時に手振れが起きやすく、結像性能を損なう場合があり、その場合の補償機構が必要な場合がある。こうした目的で、手振れ等による結像面での像移動を打ち消す方向に像を移動させる方法が提案されている。例えば特開昭６３−２０２７１４号は、撮像レンズの一部を補正レンズ系として光学系に想定される光軸を基準と考えた場合に、垂直方向に移動する方法をとっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビデオカメラにおいては、広角高倍率ズームレンズとしての提案があるが、高画素の結像素子に対応する光学性能の光学系の提案がなされていない。また、銀塩カメラ用では、光学性能及びＣＣＤ等の特性への親和性という点では未だ課題が多かった。
【００１３】
したがって、マイクロレンズを有した結像素子と色収差によるアライアジング等の影響を考慮すると、従来のビデオカメラ用のズームレンズの方式であって、ある程度テレセントリック性を有した光学系であることが望まれる。従来のビデオカメラ用のズームレンズを基にした光学設計では、非常に大きなズームレンズとなり、実用上で大きな問題になることがある。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラ等に最適な広角高倍率ズームレンズを提供することであり、特に、比較的大きな結像素子に適用でき、広角端の画角が７０°を越え、変倍比が１０倍程度を越えても十分な結像性能を維持する小型のズームレンズを提供することである。また、このようなズームレンズに最適なレンズ群の移動による像移動を補償する方式を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、
広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第３レンズ群、第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、以下の条件式を満足することを特徴とするものである。
【００１６】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０                            ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０                        ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２                          ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０                      ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０                          ・・・（５）
ただし、ｆ1 は第１レンズ群の焦点距離、ｆ2 は第２レンズ群の焦点距離、ｆ3 は第３レンズ群の焦点距離、ｆ4 は第４レンズ群の焦点距離、ｆ5 は第５レンズ群の焦点距離、ｆW は広角端での全系の焦点距離、ｆT345は望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離である。
【００１７】
以下、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
【００１８】
本発明の目的は、上記のように小型で高性能な広角高倍率ズームレンズを提供することにある。従来、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群及び正屈折力の第４レンズ群から構成されたズームレンズが、銀塩フィルム用カメラでは主流となっており、高倍率ズームレンズでは、第１レンズ群以降が可動であることが普通になっている。また、第３レンズ群と第４レンズ群の移動は、変倍以外に変倍時の像面歪曲の変動を補正するために必要であり、基本的にはこれらの群は１つの群であると考えられる場合さえある。しかしながら、さらに広画角とさらに大きな変倍比を達成しようとする場合には、正レンズ群以外に１つの負レンズ群を設け移動させることで、収差補正上からも、変倍から考えても有利となる。特に、本発明のように、例えば変倍比が１０倍程度以上になると、非常に優位性が明確になった。一般的には、レンズ群数が増すと各レンズ群で色収差補正が必要であると言う考え方があり、レンズ構成枚数が増えると考えられる。
【００１９】
しかしながら、本発明では、非球面を有効に活用し、歪曲収差補正を第２レンズ群で解決し、後ろのレンズ群でコマ収差等を十分に補正できるように非球面を活用している。
【００２０】
すなわち、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群及び第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第３レンズ群、第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、条件式（１）〜（５）を満足することを特徴とするズームレンズである。
【００２１】
本発明は、広角端の画角が７０°程度以上でも十分に対応でき、高い結像性能を有するズームレンズを提供することが大きな目的である。このため、ズーム方式として、物体側から、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群及び正屈折力の第５レンズ群で構成し、条件式（１）〜（５）に適った適切なパワー配置を見出し、これに最適な実際のレンズ構成を配することで、実現できたものである。また、広角高倍率ズームレンズにありがちな、大型化や性能低下という問題を解決したものである。
【００２２】
条件式（１）は、第１レンズ群のパワー配置を規定するものである。第１レンズ群は、本発明の如きズーム方式であれば、変倍時に移動するため、その移動量と前玉径の増大に注意しながら結像性能を維持できるようにすることが重要である。条件式（１）の上限値８．０を越えると、第１レンズ群としての収差残存量が減り、収差補正上で有利となるが、変倍時の移動量が増し、また、レンズ外径も増すために、全体として大型の傾向となるために望ましくない。また、下限値２．０を越える場合には、小型化の方向であり、前玉径も変倍時の移動量も減る傾向が出るが、収差補正上から好ましいとは言えない。
【００２３】
条件式（２）は、負屈折力の第２レンズ群のパワー配置を決める条件式である。第２レンズ群は、第１レンズ群のパワー決定にも関係がある。第２レンズ群が小さなパワーであれば第１レンズ群も同様となり、大型化する傾向を有することになる。条件式（２）で、上限値１．０を越える場合、レンズ構成も少なくて済み、収差補正上の利点があるが、第２レンズ群以外に第１レンズ群のパワーも小さくなり、第１レンズ群の前玉径の増大、変倍時の移動量の増大を招く等、課題が多く派生するために望ましくない結果となる。一方で、下限値０．４を越える場合には、レンズ径の小型化を意図することができるが、収差補正上で困難が生じ、歪曲収差の発生、軸外コマ収差の発生が顕著になる。また、本条件式内であっても、適切なレンズ構成とすることによってのみレンズ径の小型化と高い結像性能を得ることができるものである。
【００２４】
条件式（３）は、第３レンズ群のパワー決定に関する条件式である。このズーム方式では、第３レンズ群から第５レンズ群によって結像部を構成しており、ズーミング方式から鑑みれば独立した３つのレンズ群で構成しているということができる。これまでの多くのズーム方式である第３レンズ群が正屈折力、そして第４レンズ群が正屈折力である方式とその変倍方法を異にするものである。この第３レンズ群は強い発散性のパワーの第２レンズ群からの光束を収斂し、球面収差や軸外収差を補正する役割を有する。また、軸上球面収差の補正を良好に行うという役割を有している。条件式（３）の上限値１．２を越えると、第３レンズ群の収差補正面では非常に有利であるが、第３レンズ群の変倍時の移動量が増し、好ましくない。また、下限値０．３を越えると、変倍時の移動量が減り、小型化には望ましいが、収差補正という観点から観ると球面収差補正が困難となるばかりでなく、軸外コマ収差の補正が困難となり、望ましくない結果となる。
【００２５】
条件式（４）は、負屈折力の第４レンズ群のパワーを決める条件式である。条件式（４）の上限値５．０を越えると、第４レンズ群の移動量が増し、第３レンズ群及び第５レンズ群の間を移動するために変倍比を大きくとることが難しくなる。また、下限値０．６を越える場合、その変倍時の移動量が減るが、収差補正の観点では難しくなるため、この範囲以下の数値をとるのは望ましくない。また、本発明においては、第１レンズ群から第４レンズ群で特に広角端付近ではアフォーカルに近い光束を構成する。
【００２６】
条件式（５）は、第５レンズ群のパワーを決める条件式である。このレンズ群は、軸外光束の主光線の制御上で重要な役割を果たす。特に、ＣＣＤ撮像素子等の仕様においては、軸外主光線にある程度テレセントリック性を持たせる役割がある点では、大きな役割を持っている。この条件式の上限値４．０を越えると、第５レンズ群の収差補正は容易になるが、変倍時の移動量が増すので好ましくない。また、下限値０．５を越えると、軸外収差の補正が難しくなると同時に、レンズ構成を増やさないと、収差補正が困難となる。さらに、このレンズ群はレンズ構成が増すとレンズ系全体の大型化に繋がるために、望ましい結果が得られない場合が多い。
【００２７】
本発明のズームレンズは、レンズ構成をできる限り簡単にすることで小型化も意図している。こうした場合には、上記の各レンズ群の屈折力配置が重要であり、各群のレンズ構成ばかりではなく、変倍時のレンズ群の移動量にも関係している。
【００２８】
また、本発明においては高倍率でありながら広角端が７０°程度以上を包括することを意図しており、従来の先行発明に比較して構成が簡素である高度な光学系を提案するものである。
【００２９】
すなわち、焦点距離で言うならば、広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角長より短いことを特徴とするズームレンズである。
【００３０】
また、本発明の後記の実施例に見るように、ＣＣＤを撮像素子として考えた場合も含め、結像面でのアライアジング等やシェーディング等の色の問題を鑑みて、ある程度のテレセントリック性を維持できる光学系を提案している。
【００３１】
すなわち、光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とするズームレンズである。
【００３２】
１０＜｜ＥｘｐｄW ・Ｙ｜／ＬW                         ・・・（６）
ただし、ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離、Ｙは、結像面での実際の最大像高、ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離である。
【００３３】
この条件式（６）を満たすことで、クリアーな画像を得ることが可能な条件を満たすことができるものである。
【００３４】
また、広角端から望遠端に変倍するときに以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズである。
【００３５】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０                            ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０                            ・・・（８）
ただし、Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量、Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量である。
【００３６】
すなわち、（７）式が、第１レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。また、（８）式が、第３レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。条件式（７）は、第１レンズ群の変倍時の移動量を適切にし、小型化を意図した条件式である。（７）式の上限値５．０を越えると、広角端の全長が比較的に短くとも、望遠端に移動する際に大きな移動量となるために、鏡胴構造を含めた小型化が難しくなる。また、下限値１．６を越えると、移動量が十分とならず、変倍比を大きくとることができなくなり望ましくない。条件式（８）の上限値４．０を越えると、第３レンズ群の移動量が増し、大型化して望ましくない。また、下限値１．０を越えると、本方式以外のズーム方式で実現することが可能である。
【００３７】
次に、結像倍率について述べる。本発明のズームレンズにおいては、構成する５群全体が変倍時に移動することが特徴である。また、広角端から望遠端に移動する場合に、第２レンズ群が以下の関係で変倍し、大きな変倍作用を有している。また、この第２レンズ群自体は変倍中に固定することも可能なレンズ群である。
【００３８】
第２レンズ群の近軸横倍率は、以下の関係を満足して変倍する。
【００３９】
２．５＜β2T／β2W＜７                                ・・・（９）
ただし、β2Wは第２レンズ群の広角端での結像倍率、β2Tは第２レンズ群の望遠端での結像倍率である。
【００４０】
また、手振れによる像移動の補償機構については、本発明で提案したズームレンズについて最適な方式は以下の方式である。特に第２レンズ群又は第４レンズ群を移動する方式は、これらのレンズ群ではレンズ群を移動したときの像の移動が小さい（感度が小さい）ので、補償機構として適している。
【００４１】
すなわち、本発明のズームレンズで、第２レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の結像点のずれを補正するようにする方法、第３レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の結像点のずれを補正するようにする方法、第４レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の結像点のずれを補正するようにする方法、第５レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の結像点のずれを補正するようにする方法、がある。
【００４２】
各々の方法により、各ズームポイントにおける移動レンズ群の倍率が異なり、結像面での像移動を補償するために光軸に対して垂直に移動する量は異なっている。実際には、レンズ群を移動する制御を行うためには、その移動が簡単である方がより望ましいことは言うまでもない。また、ズームレンズに新たなレンズ要素を付加して像移動を補償する方法も考えられているが、光学系が大きくなり望ましくない。後記の実施例では、第３レンズ群や第４レンズ群が単体レンズにて構成されており、レンズ群での残存収差量においてはさらに小さくすることで、レンズ群の移動時における収差変動を抑えることが可能になる。ただし、軸外収差の中でも色収差の補正をできる限り考える場合には、複数のレンズ群による収差補正が望ましいということが言える。
【００４３】
本発明では、第２レンズ群のパワーが大きく、かつ、有する結像倍率が大きいために、像面における像移動が手振れ等により起きた場合に、これを補償するための第２レンズ群のシフト量は小さくなる。一方で、第４レンズ群はパワーが大きく結像倍率が比較的小さい。この場合、補償のためのレンズシフト量が増すことになる。結像倍率の関係で、望遠側での移動量は、焦点距離が長い程同じ手振れに対する像移動量も増し、シフト量が大きくなることになる。
【００４４】
本発明の後記の実施例では、ズームレンズがカメラ全体として手振れを発生させた状況において、特定のレンズ群を光軸に略垂直方向に移動することで、発生する像劣化を補償する方法をとる。その補正量には適性量があり、この量を必要以上に大きくすると、基準状態の結像性能が低下することがあり、注意が必要である。本発明の後記の実施例では、０．５°程度を想定した手振れに対するシフト量を与えた実例を多く示している。
【００４５】
以上の本発明の光学系で、第２レンズ群に少なくとも１面の非球面を使用することにより、歪曲収差の補正及びコマ収差の補正が容易になる。特に、負メニスカスレンズの第１面に使用すると、歪曲収差とコマ収差のバランス関係を比較的容易に補正できる。
【００４６】
また、第３レンズ群に少なくとも１面の非球面を使用した場合、球面収差の補正が非常に容易になる。第４レンズ群に少なくとも１面の非球面を使用すると、微妙な像面歪曲収差の補正が可能になる。
【００４７】
また、第５レンズ群に少なくとも１面の非球面を使用する場合、ある程度のテレセントリック性を維持して、かつ、周辺光量を維持した光学系を実現することが可能となる。
【００４８】
また、本発明においては、第１レンズ群と第３レンズ群が略線形的な変倍移動をするが、これら以外のレンズ群については、変倍時の倍率関係は、第４レンズ群の関係以外は、一般に広角端から望遠端への移動について言えばその倍率の絶対値は増倍の方向性を維持するものである。これにより、効率的な変倍が可能となっている。
【００４９】
さらに、フォーカシングについて言えば、本発明のような広角高倍率ズームレンズでは、過去のズームレンズで使用された第１レンズ群移動による方法は大型化や収差変動等実用的ではなく、第１レンズ群と第２レンズ群を共に移動する方がむしろよい。また、収差変動の観点では、近接撮影に使用するのであれば、第２レンズ群の移動等も使用できる。また、第３レンズ群より後ろの少なくとも１つのレンズ群を移動することによってもフォーカシングを実現できる。
【００５０】
以上の本発明によれば、単なる高倍率ズームレンズはもちろん、画角７０°程度を越える広角を含む高倍率ズームレンズが可能である。このために、適切なズーム方式とパワー配置、適切なレンズ構成、並びに、非球面の効果的使用方法を実現することができた。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの実施例１〜４について説明する。その中、実施例３〜４は本発明の参考例である。実施例１〜４の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図４に示す。なお、各実施例の数値データは後記する。
【００５２】
（実施例１）
実施例１は、焦点距離１４．３６〜１４０．５ｍｍで、Ｆナンバーが３．６〜４．４の広角高倍率ズームレンズである。図１に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は僅かに移動する。第３レンズ群Ｇ３は開口絞りと共に物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ４は広角端位置を基準とした場合に像側へ後退する。また、第５レンズ群Ｇ５はここでは非線型に移動する。
【００５３】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。ここでは、第１レンズ群Ｇ１には非球面を使用していない。第２レンズ群Ｇ２は、物体側より像側に非常に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、僅かな空気レンズを隔てて、両凸レンズ、及び、両凹レンズにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りに続く両凸レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズ１枚の構成である。
【００５４】
第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００５５】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの第１面及び第２レンズの物体側面に使用することで、歪曲収差の補正とコマ収差の補正のバランスをとっている。特に広角系になる程歪曲収差の補正が困難となるため、この非球面の使用は大きな効果を持っている。また、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの物体側面に非球面を使用して、球面収差の補正を良好にしている。さらに、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に非球面を使用して、軸外収差の補正とテレセントリック性を持たせながら収差を良好にする作用をさせており、大きな効果が得られている。
【００５６】
第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端に変倍する際に、略線形に物体側へ移動する。また、第２レンズ群Ｇ２は、移動量は比較的少ないが、物体側に移動している。一方で、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動は非線形に移動する。
【００５７】
この実施例では、像面における像移動が手振れ等により起きた場合にこれを補償するため、略０．５°の手振れに対して第２レンズ群Ｇ２を光軸に垂直にシフトδi させて像面で補正するようにしている。
【００５８】
（実施例２）
実施例２は、焦点距離１４．３６〜１４０．５ｍｍで、Ｆナンバーが３．５〜４．１の広角高倍率ズームレンズである。仕様は実施例１と略同じである。すなわち、図２に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は僅かに移動する。第３レンズ群Ｇ３は開口絞りと共に物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ４は広角端位置を基準とした場合に像側へ後退する。また、第５レンズ群Ｇ５はここでは非線型に移動する。
【００５９】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。ここでは、第１レンズ群Ｇ１には非球面を使用していない。第２レンズ群Ｇ２は、物体側より像側に非常に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、僅かな空気レンズを隔てて、両凸レンズ、及び、両凹レンズにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りに続く両凸レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズ１枚の構成である。
【００６０】
第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００６１】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの物体側面に及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの両面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００６２】
第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端に変倍する際に、略線形に物体側へ移動する。また、第２レンズ群Ｇ２は、移動量は比較的少ないが、物体側に移動している。一方で、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動は非線形に移動する。
【００６３】
この実施例では、像面における像移動が手振れ等により起きた場合にこれを補償するため、略０．５°の手振れに対して第４レンズ群Ｇ４を光軸に垂直にシフトδi させて像面で補正するようにしている。このレンズ群Ｇ４を移動することで、比較的に安定した性能を得ることが可能である。
【００６４】
なお、実施例１及び２において、広角端の画角が７０°を越えるズームレンズで、変倍比を１０倍程度有し、ある程度までテレセントリック性を有している。これらの有する結像性能のポテンシャルも非常に優れている。また、望遠端側の焦点距離をより長くとり、変倍比を拡張することは比較的容易である。
【００６５】
（実施例３）
実施例３は、焦点距離１４．３６〜１４０．５ｍｍで、Ｆナンバーが３．５〜４．３６の広角高倍率ズームレンズである。仕様は実施例１と略同じである。すなわち、図３に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は僅かに移動する。第３レンズ群Ｇ３は開口絞りと共に物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ４は広角端位置を基準とした場合に像側へ後退する。また、第５レンズ群Ｇ５はここでは非線型に移動する。
【００６６】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。ここでは、第１レンズ群Ｇ１には非球面を使用していない。第２レンズ群Ｇ２は、物体側より像側に非常に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、僅かな空気レンズを隔てて、両凸レンズ、及び、両凹レンズにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りに続く両凸レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズ１枚の構成である。
【００６７】
第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００６８】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの物体側面に及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの両面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００６９】
第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端に変倍する際に、略線形に物体側へ移動する。また、第２レンズ群Ｇ２は、移動量は比較的少ないが、物体側に移動している。一方で、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動は非線形に移動する。
【００７０】
この実施例では、像面における像移動が手振れ等により起きた場合にこれを補償するため、略０．５°の手振れに対して第５レンズ群Ｇ５を光軸に垂直にシフトδi させて像面で補正するようにしている。
【００７１】
（実施例４）
実施例４は、焦点距離１４．３６〜１４０．５ｍｍで、Ｆナンバーが３．２５〜４．４３の広角高倍率ズームレンズである。仕様は実施例１と略同じである。すなわち、図４に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は僅かに移動する。第３レンズ群Ｇ３は開口絞りと共に物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ４は広角端位置を基準とした場合に像側へ後退する。また、第５レンズ群Ｇ５はここでは非線型に移動する。
【００７２】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。ここでは、第１レンズ群Ｇ１には非球面を使用していない。第２レンズ群Ｇ２は、物体側より像側に非常に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、僅かな空気レンズを隔てて、両凸レンズ、及び、両凹レンズにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りに続く両凸レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズ１枚の構成である。
【００７３】
第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００７４】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの物体側面に及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの両面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００７５】
第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端に変倍する際に、略線形に物体側へ移動する。また、第２レンズ群Ｇ２は、移動量は比較的少ないが、物体側に移動している。一方で、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動は非線形に移動する。
【００７６】
この実施例では、像面における像移動が手振れ等により起きた場合にこれを補償するため、略０．５°の手振れに対して第３レンズ群Ｇ３を光軸に垂直にシフトδi させて像面で補正するようにしている。
【００７７】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、２ωは画角、ＦNOはＦナンバー、ＦＢはバックフォーカス、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００７８】
0003958489.tif 000002
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
0003958489.tif 000003
0003958489.tif 000004
0003958489.tif 000005
【００７９】
0003958489.tif 000006
0003958489.tif 000007
0003958489.tif 000008
【００８０】
0003958489.tif 000009
0003958489.tif 000010
0003958489.tif 000011
【００８１】
0003958489.tif 000012
0003958489.tif 000013
0003958489.tif 000014
【００８２】
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（９）の値を以下に示す：
（１）      （２）      （３）      （４）      （５）
実施例１      4.7735      0.7553      0.8162      1.4436      1.0996
実施例２      4.5699      0.6463      0.6327      1.4135      0.9675
実施例３      4.6404      0.6414      0.6853      1.3684      0.9988
実施例４      4.6593      0.6673      0.6590      0.9687      0.8219
（６）      （７）      （８）      （９）
実施例１      14.8712     3.5984      2.4800      3.6144
実施例２      14.8712     −          2.9388      4.0074
実施例３      13.6554     3.9717      2.4819      3.8190
実施例４      15.3941     4.0162      2.4156      3.8034
。
【００８３】
以上の本発明のズームレンズは例えば次のように構成することができる。
【００８４】
〔１〕  物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群及び第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第３レンズ群、第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【００８５】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０                            ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０                        ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２                          ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０                      ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０                          ・・・（５）
ただし、ｆ1 は第１レンズ群の焦点距離、ｆ2 は第２レンズ群の焦点距離、ｆ3 は第３レンズ群の焦点距離、ｆ4 は第４レンズ群の焦点距離、ｆ5 は第５レンズ群の焦点距離、ｆW は広角端での全系の焦点距離、ｆT345は望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離である。
【００８６】
〔２〕  広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角長より短いことを特徴とする上記１記載のズームレンズ。
【００８７】
〔３〕  光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記１又は２記載のズームレンズ。
【００８８】
１０＜｜ＥｘｐｄW ・Ｙ｜／ＬW                         ・・・（６）
ただし、ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離、Ｙは、結像面での実際の最大像高、ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離である。
【００８９】
〔４〕  広角端から望遠端に変倍するときに以下の関係を満足することを特徴とする上記１から３の何れか１項記載ののズームレンズ。
【００９０】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０                            ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０                            ・・・（８）
ただし、Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量、Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量である。
【００９１】
〔５〕  第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載ののズームレンズ
２．５＜β2T／β2W＜７                                ・・・（９）
ただし、β2Wは第２レンズ群の広角端での結像倍率、β2Tは第２レンズ群の望遠端での結像倍率である。
【００９２】
〔６〕  第２レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９３】
〔７〕  第３レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９４】
〔８〕  第４レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９５】
〔９〕  第５レンズ群を光軸と略垂直方向に移動することにより、全系の移動によって発生する像移動を補正するようにしたことを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的大きな結像素子に適用でき、単なる高倍率ズームレンズはもちろん、広角端の画角が７０°を越え、変倍比が１０倍程度を越えても十分な結像性能を維持する小型のズームレンズを提供することができる。また、このようなズームレンズにおいて最適なレンズ群の移動による像移動を補償する方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図３】本発明の実施例３のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図４】本発明の実施例４のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【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
【図１】
0003958489.tif 000015
【図２】
0003958489.tif 000016
【図３】
0003958489.tif 000017
【図４】
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