JP2010204178A - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化及び高変倍比化を両立できるようにする。
【解決手段】物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が減少して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足する。（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４、（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
【選択図】図３

Description

本発明は、可変焦点距離レンズ系及び撮像装置に関し、特に、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられ、ズーム比が５倍を超える可変焦点距離レンズ系及び当該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置に関する。

従来、デジタルスチルカメラにおける記録手段として、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等の光電変換素子を用いた撮像素子により、当該撮像素子の面上に形成された被写体像の光量を電気的出力に変換し、記録する方法が知られている。

近年における微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置すなわちＣＰＵ(Central Processing Unit)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を高速処理できるようになってきた。

また受光素子においても高集積化や小型化が図られ、当該高集積化によって一段と高い空間周波数の記録が可能になると共に、当該受光素子の小型化によってカメラ全体の小型化が図られている。

但し、上述の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光電変換素子上に到達する光量を増大させたり、また各光電変換素子の前に微小なレンズ素子（所謂マイクロレンズアレイ）を配置した。

しかしながら、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当該光電変換素子上へ導く代わりに、レンズ系の射出瞳位置（像面から射出瞳までの距離）に制約を与えていた。

これは、レンズ系の射出瞳位置が光電変換素子に近づく、即ち光電変換素子に到達する主光線の光軸とのなす角度が大きくなると、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、光電変換素子上に到達せずに光量不足を招いてしまうからである。

近年、デジタルスチルカメラが一般的になるにつれ、ユーザニーズが多様化しつつある。特に、小型でありながら、変倍比が高いズームレンズを搭載したデジタルスチルカメラが増えてきており、特に変倍比が５倍を超えるズームレンズが増えつつある。

一般的に、これらの変倍比の高いズームレンズでは、当該ズームレンズの構成を表すズームタイプとして、正負正正４群タイプが使われてきた。この正負正正４群タイプは、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、正屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群によって構成されている。

この正負正正４群タイプのズームレンズでは、焦点距離の最も短い広角端状態から焦点距離の最も長い望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少するように、第１レンズ群乃至第３レンズ群の各レンズ群が移動し、別駆動による第４レンズ群の移動により撮像素子の像面位置（ピント位置）に対する変動を補償するようになされている（例えば特許文献１）。

交換レンズ等に用いられるズームレンズとしては、可動レンズ群を増やすことにより高い変倍比を実現したり、高い光学性能を実現したズームタイプとして正負正負正の５群タイプが知られている。

この５群タイプは、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群により構成されている。

このような５群タイプのズームレンズでは、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、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が増大し、第４レンズ群と第５レンズ群との間隔が減少するように、各レンズ群が移動していた（例えば特許文献２）。

また、バックフォーカスに制約のない非交換式のカメラに適用した５群タイプのズームレンズも知られている（例えば特許文献３、特許文献４）。

特開2008-146016公報 特開2007-108398公報 特開2007-264174公報 特開2007-264395公報

ところで上述した特許文献１に記載された従来の正負正正４群タイプのズームレンズでは小型化を図るのに限界があった。実際上、ズームレンズを光軸方向に小型化するには、高い変倍比を得るため第２レンズ群の屈折力を強め、第１レンズ群と第２レンズ群とのレンズ群間隔の変化量や、第２レンズ群と第３レンズ群とのレンズ群間隔の変化量を少なくすれば良い。

このような小型化の手法は簡単であるが、第２レンズの屈折力だけを強めたズームレンズでは広角端状態において発生する負の歪曲収差や倍率色収差を良好に補正できず、充分な光学性能を得ることはできなかった。これは、ズームレンズ中に配置される負レンズ群が１つしかないため、レンズ系全体における屈折力配置が非対称になってしまうからである。

これに対して正負正負正５群タイプのズームレンズでは、負レンズ群が二つになるため、レンズ系全体における屈折力配置が対称になり、正負正正４群タイプのズームレンズにおける上述した問題点を解決することが可能となる。

しかしながら上述した特許文献３に記載された正負正負正５群タイプのズームレンズでは、可動レンズ群が増えてしまうために鏡筒構造の複雑化を招いてしまう問題があった。

また、上述した特許文献４に記載された正負正負正５群タイプのズームレンズでは、第１レンズ群と第４レンズ群が光軸方向に固定されているため、鏡筒構造の複雑化を招くことはないが、広角端状態での全長が長くなるため、レンズ径の小型化に不向きであると同時にレンズ全長の短縮化が困難であるという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型化及び高変倍比化を両立するのに適した可変焦点距離レンズ系を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明による可変焦点距離レンズ系では、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が増大して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成されている。
（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
但し、
Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
とする。

この条件式（１）は、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔を規定するものであり、上述した第１の特徴を数値限定することにより表したものである。

すなわち望遠端状態では、第２レンズ群と第３レンズ群とが隣接し、また、レンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群が光軸方向に固定されているため、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が、実質的にレンズ位置状態の変化に伴う第３レンズ群の移動量と等しくなる。

この条件式（１）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群及び第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまう。特に、広角端状態において画面周縁部に急激にコマ収差が発生し、所定の光学性能を得ることが困難になる。

また、この条件式（１）の下限値を下回った場合、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困難になり、その結果、画角の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することができない。

また条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離と第４レンズ群の焦点距離を適切に設定するものであり、上述した第２の特徴を数値限定することにより表したものである。

この条件式（２）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が強まるか、或は第４レンズ群の屈折力が弱まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、上述した通り、レンズ系全長が長くなり、その結果、充分な小型化が図れなくなってしまう。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正できなくなり、良好なる結像性能を得ることが出来なくなってしまう。

また、この条件式（２）の上限値を上回った場合、第２レンズ群の屈折力が弱まるか、或は第４レンズ群の屈折力が強まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が弱くなって、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群及び第３レンズ群の移動量が多くなる。

その結果、広角端状態において、移動量の多くなった第１レンズ群と、光軸方向に固定された第２レンズ群とが干渉してしまう、或は望遠端状態において、光軸方向に固定された第２レンズ群と、移動量の多くなった第３レンズ群とが干渉してしまう。そうなると、第２レンズ群を光軸方向に固定しておくことが出来なくなり、本発明の主旨に反することになる。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態におけるレンズ系全長を短縮することができず、充分な小型化を図ることができない。

また、本発明の撮像装置においては、可変焦点距離レンズ系と、当該可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを具え、可変焦点距離レンズ系は、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が増大して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成されている。
（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
但し、
Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
とする。

この撮像装置における可変焦点距離レンズ系において、この条件式（１）は、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔を規定するものであり、上述した第１の特徴を数値限定することにより表したものである。

すなわち望遠端状態では、第２レンズ群と第３レンズ群とが隣接し、また、レンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群が光軸方向に固定されているため、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が、実質的にレンズ位置状態の変化に伴う第３レンズ群の移動量と等しくなる。

この条件式（１）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群及び第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまう。特に、広角端状態において画面周縁部に急激にコマ収差が発生し、所定の光学性能を得ることが困難になる。

また、この条件式（１）の下限値を下回った場合、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困難になり、その結果、画角の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することができない。

また条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離と第４レンズ群の焦点距離を適切に設定するものであり、上述した第２の特徴を数値限定することにより表したものである。

この条件式（２）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が強まるか、或は第４レンズ群の屈折力が弱まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、上述した通り、レンズ系全長が長くなり、その結果、充分な小型化が図れなくなってしまう。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正できなくなり、良好なる結像性能を得ることが出来なくなってしまう。

また、この条件式（２）の上限値を上回った場合、第２レンズ群の屈折力が弱まるか、或は第４レンズ群の屈折力が強まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が弱くなって、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群及び第３レンズ群の移動量が多くなる。

その結果、広角端状態において、移動量の多くなった第１レンズ群と、光軸方向に固定された第２レンズ群とが干渉してしまう、或は望遠端状態において、光軸方向に固定された第２レンズ群と、移動量の多くなった第３レンズ群とが干渉してしまう。そうなると、第２レンズ群を光軸方向に固定しておくことが出来なくなり、本発明の主旨に反することになる。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態におけるレンズ系全長を短縮することができず、充分な小型化を図ることができない。

本発明によれば、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が増大して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成されている。
（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
但し、
Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
とする。

これにより本発明の可変焦点距離レンズ系によれば、従来よりも一段と小型化及び高変倍比化を両立することができる。

また、本発明の撮像装置によれば、従来よりも一段と小型化及び高変倍比化を両立した可変焦点距離レンズ系により一段と高変倍比化及び高性能化を図ることができる。

各数値実施例に対応した可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す略線図である。 第１数値実施例における可変焦点距離レンズ系の構成を示す略線的断面図である。 第１数値実施例の諸収差を示す特性曲線図である。 第２数値実施例における可変焦点距離レンズ系の構成を示す略線的断面図である。 第２数値実施例の諸収差を示す特性曲線図である。 第３数値実施例における可変焦点距離レンズ系の構成を示す略線的断面図である。 第３数値実施例の諸収差を示す特性曲線図である。 第４数値実施例における可変焦点距離レンズ系の構成を示す略線的断面図である。 第４数値実施例の諸収差を示す特性曲線図である。 本発明の撮像装置を搭載したデジタルスチルカメラ回路構成を示す略線的ブロック図である。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（可変焦点距離レンズ系）
２．数値実施例（第１数値実施例乃至第４数値実施例）
３．撮像装置及びデジタルスチルカメラ
４．他の実施の形態

＜１．実施の形態＞
［１−１．可変焦点距離レンズ系の構成］
本発明では、焦点距離の変化と共に合焦点も変化するようなレンズ系を可変焦点距離レンズ系と呼ぶ。これに対してズームレンズは焦点距離が変化したときでも合焦点が変化しないようになされたレンズ系であるため、可変焦点距離レンズ系の一つという位置付けになる。

本発明の可変焦点距離レンズ系では、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有している。

具体的に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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が増大して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動する構成である。

そして、この可変焦点距離レンズ系は、第１レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第５レンズ群を別駆動により移動するようになされている。

一般に、ズームレンズを構成しているレンズ数を増やせば、収差補正の自由度が増えるため、変倍比を高くしても充分に高い光学性能を実現することができる。ところが、単純にレンズ数を増やしただけでは、レンズ駆動機構が複雑化してしまう問題点があった。これを解決する方法として、光軸方向へ固定したレンズ群を追加する方法が知られている。

例えば、交換レンズでは、正負正負正の５群構成として、第４レンズ群を光軸方向に固定したズームタイプが知られており、具体的には特開２００３−２４１０９３号広報がある。この交換レンズでは、第１レンズ群の移動量を減らす目的で第４レンズ群を光軸方向へ固定していた。

これに対して、カメラ一体型レンズにおいては、広角端状態におけるレンズ全長を短くした方が、広角端状態で第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくので、レンズ径の小型化を図り易い利点がある。

そこで本発明の可変焦点距離レンズ系においては、広角端状態におけるレンズ全長を短くすべく、広角端状態及び望遠端状態で第２レンズ群を光軸方向に固定することにより、可動レンズ群を減らしてレンズ系の簡易構成化を図るようになされている。

これにより本発明の可変焦点距離レンズ系においては、可動レンズ群を５個から４個に減らしながらも、各レンズ群間の可変間隔を増やすことができるので、レンズ系全体を簡易な構成とした小型化を達成すると共に高変倍比化を達成し得るようになされている。

まず、本発明の可変焦点距離レンズ系を構成する各レンズ群の機能について説明する。本発明における可変焦点距離レンズ系は、広角端状態において、第１レンズ群と第２レンズ群とを近接して配置することにより、レンズ径の小型化を図っている。

これは、第１レンズ群が正屈折力を有するため光を強く曲げ、なす角度が大きくなるので、第１レンズ群と第２レンズ群との距離が離れていればいるほど、第１レンズ群を通過した軸外光束が外側に拡がってしまうからである。

また、このとき本発明における可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において、第１レンズ群と第２レンズ群とを近接して配置したことにより、結果的に第１レンズ群に入射する軸外光束を光軸から離れないようにできるので、画面周辺部において発生する軸外収差を抑制し得るようになされている。

同時に、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を広げることにより、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れ、その高さの変化を利用して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ようになされている。

特に、本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ全長を広角端状態で短くして、望遠端状態で長くすることにより、画角の広い広角端状態で第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れ過ぎないようにしている。

また本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態で第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔を広げることにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れるようにでき、軸上収差と軸外収差とを独立して補正し得るようになされている。

さらに本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔を狭めることにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくため、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でき、高性能化を図ることができるようになされている。

このとき本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群を光軸方向へ固定すると同時に、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ために、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔を変化させている。

さらに本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ位置状態の変化に合わせて、像面位置を補償するように第５レンズ群を移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を一段と良好に補正している。

なお本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群の像側に負屈折力を有する第４レンズ群と、正屈折力を有する第５レンズ群とを配置しているが、第２レンズ群及び第４レンズ群の２つの負レンズ群を配置することにより、レンズ系全体での屈折力配置を対称型に近づけ、特に広角端状態で発生し易い負の歪曲収差や倍率色収差を良好に補正している。

ところが本発明の可変焦点距離レンズ系においては、第２レンズ群を光軸方向へ固定するため、ズーム軌道の選択の自由度が低下することになり、２つの問題点が生じる。

１つ目の問題点は、レンズ位置状態が変化する際に発生する諸収差の変動を良好に補正できないことであり、２つ目の問題点は小型化を充分に図れないことである。一般に小型化とは、レンズ径の小径化とレンズ全長の短縮化に分類されるが、本発明においてはレンズ全長の短縮化が問題となる。

１つ目の問題点に対して本発明の可変焦点距離レンズ系は、第２レンズ群の変倍作用を弱めることにより、諸収差の変動を良好に補正している。しかしながら、第２レンズ群の変倍作用を単純に弱めただけでは、レンズ系全体の変倍比が低下してしまうため、本発明の可変焦点距離レンズ系は第３レンズ群の変倍作用を高めることにより所定の変倍比を得るようになされている。

より具体的には、所定の変倍比を得るために、第３レンズ群の移動量を増やすか、第３レンズ群の屈折力を強めれば良いが、屈折力を強めると第３レンズ群において発生する負の球面収差を良好に補正できなくなってしまう。

そこで本発明の可変焦点距離レンズ系は、第３レンズ群の移動量を増やすことにより変倍作用を高めて、所定の変倍比を得ながら高い光学性能を達成するようになされている。なお、変倍作用を高めるとは、広角端状態と望遠端状態とにおける横倍率の変化量を大きくするということである。

一方、２つ目の問題点に対して本発明の可変焦点距離レンズ系は、負屈折力を有する第２レンズ群の屈折力を弱めることにより、発散作用が弱まり、その結果、レンズ系全体の長さの短縮化を図るようになされている。

なお、本発明の可変焦点距離レンズ系においては、一段と効果的に小型化を図るため、負屈折力を有する第２レンズ群の屈折力を弱め、かつ負屈折力を有する第４レンズ群の屈折力を強めることにより、第１レンズ群乃至第３レンズ群における焦点距離を更に短縮化し得るようになされている。

ところが、本発明の可変焦点距離レンズ系において、第４レンズ群の屈折力を強め過ぎると、射出瞳位置を適切な位置とすることができない、或は、第２レンズ群の屈折力を弱め過ぎると、広角端状態において第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の小径化を損ねてしまうという問題があった。

以上のことから、本発明の可変焦点距離レンズ系においては、第１の特徴として、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を適切に設定し、第２の特徴として、第２レンズ群の焦点距離と第４レンズ群の焦点距離を適切に設定するようになされている。

これにより本発明の可変焦点距離レンズ系においては、レンズ位置状態に拘わらず高い光学性能を得、小型・高倍率でありながら高性能化を図るようになされている。

具体的には、本発明の可変焦点距離レンズ系においては、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が増大して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成されている。
（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
但し、
Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
とする。

この条件式（１）は、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔を規定するものであり、上述した第１の特徴を数値限定することにより表したものである。

すなわち望遠端状態では、第２レンズ群と第３レンズ群とが隣接し、また、レンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群が光軸方向に固定されているため、広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が、実質的にレンズ位置状態の変化に伴う第３レンズ群の移動量と等しくなる。

この条件式（１）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群及び第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまう。特に、広角端状態において画面周縁部に急激にコマ収差が発生し、所定の光学性能を得ることが困難になる。

また、この条件式（１）の下限値を下回った場合、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困難になり、その結果、画角の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することができない。

なお、本発明の可変焦点距離レンズ系では、条件式（１）の上限値以下であれば、充分なる光学性能を得ることが可能であるが、更に、第１レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近付けて、レンズ径の小型化を図るには上限値を「０．３５」とすることが望ましい。

また条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離と第４レンズ群の焦点距離を適切に設定するものであり、上述した第２の特徴を数値限定することにより表したものである。

この条件式（２）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が強まるか、或は第４レンズ群の屈折力が弱まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、上述した通り、レンズ系全長が長くなり、その結果、充分な小型化が図れなくなってしまう。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正できなくなり、良好なる結像性能を得ることが出来なくなってしまう。

また、この条件式（２）の上限値を上回った場合、第２レンズ群の屈折力が弱まるか、或は第４レンズ群の屈折力が強まる。前者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が弱くなって、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群及び第３レンズ群の移動量が多くなる。

その結果、広角端状態において、移動量の多くなった第１レンズ群と、光軸方向に固定された第２レンズ群とが干渉してしまう、或は望遠端状態において、光軸方向に固定された第２レンズ群と、移動量の多くなった第３レンズ群とが干渉してしまう。そうなると、第２レンズ群を光軸方向に固定しておくことが出来なくなり、本発明の主旨に反することになる。

一方、後者の場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態におけるレンズ系全長を短縮することができず、充分な小型化を図ることができない。

ところで本発明の可変焦点距離レンズ系における第４レンズ群は、第１レンズ群乃至第３レンズ群により形成される被写体像を拡大する作用を成している。このため、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第４レンズ群の負屈折力が強まるに連れて、第１レンズ群乃至第３レンズ群による被写体像の拡大率が高まることになる。

その結果、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群乃至第３レンズ群において、製造時に発生する微小なる偏心に伴う像の劣化も拡大されてしまい、このため量産時に安定した光学品質を維持できなくなってしまう。

そこで本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ系全長の短縮化を維持しながら、量産時に安定した光学品質を得るためには、条件式（２）の上限値を「０．３」とすることが望ましい。

また、本発明の可変焦点距離レンズ系においては、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えて、一段と高い光学性能を得るために、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５５
但し、
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。

ここで条件式（３）は、第２レンズ群の屈折力を規定する条件式である。この条件式（３）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の屈折力が負に強まるため、レンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群単独で発生する軸外収差の変動を良好に補正することが困難になってしまう。

逆に、条件式（３）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群や第３レンズ群の移動量が多くなってしまうため、レンズ系全長の短縮化を充分に図れなくなってしまう。

また本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を変化させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えているが、小型化と高性能化とのバランスを図るために以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．３＜Δ４／Δ３＜０．９
但し、
Δ４ ：広角端状態から望遠端状態までの第４レンズ群の移動量
Δ３ ：広角端状態から望遠端状態までの第３レンズ群の移動量
とする。

ここで条件式（４）は、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔の変化量を規定するものである。この条件式（４）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第４レンズ群の変倍作用が弱くなるため、他のレンズ群による変倍作用を強くする必要が生じる。その結果、本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動が大きくなってしまうので、好ましくない。

逆に、条件式（４）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態において第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が狭まるためバックフォーカスが伸びてレンズ系全長が大型化してしまう。

更に本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えると同時に、第２レンズ群の厚みを減らすために、当該第２レンズ群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３の３枚レンズで構成されるとともに、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）１＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜１．７
但し、
ｆ２１ ：負レンズＬ２１の焦点距離
とする。

ここで条件式（５）は、第２レンズ群中に配置される負レンズＬ２１の屈折力を規定するものである。この条件式（５）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第２レンズ群の負レンズＬ２１に入射する軸外光束が光軸に近づくため、レンズ径の小型化が可能となる。

しかしながら、この場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において画角の変化に伴って発生するコマ収差の変動が極めて大きくなり、高性能化を充分に図ることが出来なくなってしまう。

逆に、条件式（５）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態における第２レンズ群の負レンズＬ２１に入射する軸外光束が光軸から離れる、すなわち、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から大きく離れる。このため、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群において発生するコマ収差が極めて大きくなり、高性能化を充分に図ることが出来なくなってしまう。

更に本発明の可変焦点距離レンズ系では、各レンズ群のレンズ径を小型化して、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ため、開口絞りを第３レンズ群近傍に配置することが望ましい。

一般に、レンズ位置状態が変化する際、開口絞りとの距離を変化させるレンズ群が増えるほど、各レンズ群を通過する軸外光束の高さが変化し易い。そして、その高さを利用して、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を補正するが、軸外光束の高さを積極的に変化させることにより、一段と良好に補正することが可能となる。

特に、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群近傍に開口絞りを配置すると、当該開口絞りの前後にそれぞれ複数の可動レンズ群をバランス良く配置することができるため、コマ収差を一段と良好に補正することが可能となって、高性能化を図り得るようになされている。

また本発明の可変焦点距離レンズ系では、開口絞りがレンズ全系の中央付近に位置するため、各レンズ群を通過する軸外光束の高さが極端に離れないようにでき、その結果、レンズ径の小型化を図り得るようになされている。

なお、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群の物体側に開口絞りを配置すると共に、レンズ位置状態が変化する際に、開口絞りと第３レンズ群とを一体的に移動させることにより、レンズ径の更なる小型化と鏡筒構造の簡略化を図り得るようになされている。

因みに本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群の物体側に開口絞りを配置することにより、特に、広角端状態で第１レンズ群を通過する軸外光束の高さを光軸に近づけて小型化を図ることができる。

同時に、本発明の可変焦点距離レンズ系は、広角端状態で第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくため、画面周辺部で発生するコマ収差を抑えることが可能となり、高性能化を図ることができる。

ところで、無限遠に位置する被写体から近距離に位置した被写体まで合焦を行う（以下、これを近接合焦と呼ぶ。）際、本発明の可変焦点距離レンズ系においては、第５レンズ群を光軸方向へ移動させることが望ましい。

これは、第５レンズ群は像面位置に近い場所に配置され、軸上光束と軸外光束とが離れた状態で通過するため、軸上光束と軸外光束とを独立して補正することが可能であり、被写体位置の変化に伴う軸外収差の変動を補正するのに適しているからである。

更に本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ径の小型化とレンズ系全長の短縮化とをバランス良く達成するため、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）１．８＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．７
但し、
ｆ１ ：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。

ここで条件式（６）は、第１レンズ群を規定するものである。この条件式（６）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群による収斂作用が弱まるため、望遠端状態におけるレンズ系全長が大型化してしまう。

逆に、この条件式（６）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群による収斂作用が強まり、広角端状態における軸外光束が光軸から離れてレンズ径が大型化してしまう。

ところで、第１レンズ群の屈折力が強くなるほど、望遠端状態において第１レンズ群単独で発生する高次の球面収差を良好に補正できなくなってしまう。この場合、開口絞りを可変絞りとして、レンズ位置状態が変化する際に開放径を変化させることも可能であるが、低照度の被写体を撮影する際にノイズが増大する等の問題が発生してしまう。

このため、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群単独で発生する高次の球面収差を更に良好に補正して、望遠端状態における開放Ｆ値を明るくするには、条件式（６）の下限値を「２．０」とすることが望ましい。

さらに本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群単独で発生する球面収差を補正して、特に、望遠端状態で良好なる光学性能を実現するために、第１レンズ群が像側に凹面を向けた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により構成されることが望ましい。

なお、この接合レンズは、負レンズと正レンズとに分離することも可能であり、これにより本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群で発生する色収差や球面収差を良好に補正することもできる。

しかしながら、本発明の可変焦点距離レンズ系では、負レンズと正レンズとに分離した場合、製造時に発生する微小なる偏心によっても光学性能が著しく劣化してしまうため、接合レンズの方が望ましい。

さらに本発明の本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群が上述したレンズ構成の基で、以下の条件式（７）を満足することにより、広角端状態における画角を広げた際にも充分なる光学性能を得るようになされている。
（７）０．０１＜ｆｗ／Ｒ１３＜０．１２
但し、
Ｒ１３ ：第１レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径
とする。

ここで条件式（７）は、第１レンズ群の形状を規定するものである。この条件式（７）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、望遠端状態で第１レンズ群により発生する負の球面収差を良好に補正することが困難になって、充分な高性能化を図ることができない。

逆に、この条件式（７）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系では、第１レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れ、第１レンズ群を射出する軸外光束が急激に屈折された状態となってしまう。

その結果、本発明の可変焦点距離レンズ系では、製造時に発生する第１レンズ群と第２レンズ群との相互偏心による光学性能の低下を充分に抑えられず、安定した光学品質を確保することが困難になってしまう。

また本発明の可変焦点距離レンズ系では、非球面レンズを用いることにより一段と高い光学性能を実現するようになされている。特に、本発明の可変焦点距離レンズ系では、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。

また本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群乃至第５レンズ群に非球面レンズを導入することにより、中心性能の更なる高性能化が可能となる。更に本発明の可変焦点距離レンズ系では、複数の非球面を１つの光学系に用いることにより、一段と高い光学性能が得られることは言うまでもない。

加えて本発明の可変焦点距離レンズ系では、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つのレンズ群を構成する一部のレンズを光軸に対してほぼ垂直な方向へシフトさせることにより、像をシフトさせることが可能である。

そして本発明の可変焦点距離レンズ系では、カメラの倒れを検出する検出系、当該検出系からのブレ情報に基づいて移動量を算出する演算系、当該演算系からの移動量情報に従って所定のレンズをシフトさせる駆動系と、当該レンズとを組み合わせるようになされている。

これにより本発明の可変焦点距離レンズ系では、シャッターレリーズ時に生じるカメラブレによる像ブレをレンズシフトによって相殺又は緩和させ得るようになされている。特に本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群を光軸にほぼ垂直な方向へシフトさせる際に生じる性能変化を小さくすることができる。

さらに本発明の可変焦点距離レンズ系では、第３レンズ群の近傍に開口絞りを配置した場合、軸外光束が光軸付近を通過するため、第３レンズ群を光軸にほぼ垂直な方向へシフトさせた際に生じる軸外収差の変動を抑えることが可能となる。

なお、本発明の可変焦点距離レンズ系では、レンズ系の像側に所謂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ことは言うまでもない。

＜２．数値実施例＞
次に、本発明の可変焦点距離レンズ系に対して具体的な数値を適用した数値実施例について、以下、図面及び図表を用いて説明する。ここで、各数値実施例において、非球面は次式の数１で表される。

ｘ＝ｃｙ^２／（１＋（１−（１＋ｋ）ｃ^２ｙ^２）^１／２）＋Ａｙ^４＋Ｂｙ^６＋
……（１）

ここで、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは曲率、ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，……は非球面係数である。

図１において、１は全体として本発明の各数値実施例による可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示しており、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。

この可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態から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との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少して、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大する。

このとき可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動するのに対して第２レンズ群Ｇ２が光軸方向に固定され、第５レンズ群Ｇ５が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように移動すると共に、近距離合焦時に物体側へ移動するようになされている。

［２−１．第１数値実施例］
図２において、１１は全体として第１数値実施例における可変焦点距離レンズ系を示し、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。

この可変焦点距離レンズ系１１において、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Ｌ１により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１１において、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、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１１において、第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状の正レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の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レンズＬ４により構成されている。

さらに可変焦点距離レンズ系１１において、第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５により構成されている。

なお可変焦点距離レンズ系１１は、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の近傍であって、かつ物体側に配置されていると共に、第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧとの間には、像面ＩＭＧを保護するためのシールガラスＳＧが配置されている。

このように可変焦点距離レンズ系１１では、上述したようなレンズエレメント構成とすることによって、高変倍比化及び広角化を実現すると共に、レンズ系の諸収差を良好に補正し得るようになされている。

以下の表１に、本発明における第１数値実施例の諸元値を掲げる。ここで第１数値実施例における諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角を表し、屈折率はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する値である。なお、表１中で曲率半径０とは平面を意味する。

なお、第４面、第５面、第１１面、第１２面、第１５面、第１６面は非球面形状であり、その非球面係数は表２に示す通りである。なお、例えば０．２６０２９Ｅ−０５とは、０．２６０２９×１０^−５を意味する。

続いて、可変焦点距離レンズ系１１においてレンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下の表３に示す。

そして、以下の表４に第１数値実施例の可変焦点距離レンズ系１１における条件式対応値を示す。

続いて、図３は第１数値実施例の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図３（Ａ）では広角端状態（ｆ＝１．０００）、図３（Ｂ）では中間焦点距離状態（ｆ＝３．１１７）、図３（Ｃ）では望遠端状態（ｆ＝６．５９２）における諸収差図を示す。

この図３において、球面収差図の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示し、歪曲収差図中の実線は歪曲収差を示し、横収差図のＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示している。この各収差図から、第１数値実施例の可変焦点距離レンズ系１１では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

［２−２．第２数値実施例］
図４において、１２は全体として第２数値実施例における可変焦点距離レンズ系を示し、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。

この可変焦点距離レンズ系１２において、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Ｌ１により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１２において、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、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１２において、第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状の正レンズＬ３により構成され、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の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レンズＬ４により構成されている。

さらに可変焦点距離レンズ系１２において、第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５により構成されている。

なお可変焦点距離レンズ系１２は、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の近傍であって、かつ物体側に配置されていると共に、第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧとの間には、ＩＲカットフィルタＣＦと、像面ＩＭＧを保護するためのシールガラスＳＧが配置されている。

このように可変焦点距離レンズ系１２では、上述したようなレンズエレメント構成とすることによって、高変倍比化及び広角化を実現すると共に、レンズ系の諸収差を良好に補正し得るようになされている。

以下の表５に、本発明における第２数値実施例の諸元値を掲げる。ここで第２数値実施例における諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角を表し、屈折率はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する値である。なお、表５中で曲率半径０とは平面を意味する。

なお、第５面、第１１面、第１２面、第１５面、第１６面は非球面形状であり、その非球面係数は表６に示す通りである。なお、例えば０．２６０２９Ｅ−０５とは、０．２６０２９×１０^−５を意味する。

続いて、可変焦点距離レンズ系１２においてレンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下の表７に示す。

そして、以下の表８に第２数値実施例の可変焦点距離レンズ系１２における条件式対応値を示す。

続いて、図５は第２数値実施例の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図５（Ａ）では広角端状態（ｆ＝１．０００）、図５（Ｂ）では中間焦点距離状態（ｆ＝２．５２５）、図５（Ｃ）では望遠端状態（ｆ＝５．６５１）における諸収差図を示す。

この図５において、球面収差図の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示し、歪曲収差図中の実線は歪曲収差を示し、横収差図のＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示している。この各収差図から、第２数値実施例の可変焦点距離レンズ系１２では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

［２−３．第３数値実施例］
図６において、１３は全体として第３数値実施例における可変焦点距離レンズ系を示し、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。

この可変焦点距離レンズ系１３において、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Ｌ１により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１３において、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、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１３において、第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状の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Ｌ３により構成されている。

さらに可変焦点距離レンズ系１３において、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の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レンズＬ４により構成されている。

さらに可変焦点距離レンズ系１３において、第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５により構成されている。

なお可変焦点距離レンズ系１３は、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の近傍であって、かつ物体側に配置されていると共に、第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧとの間には、ＩＲカットフィルタＣＦと、像面ＩＭＧを保護するためのシールガラスＳＧが配置されている。

このように可変焦点距離レンズ系１３では、上述したようなレンズエレメント構成とすることによって、高変倍比化及び広角化を実現すると共に、レンズ系の諸収差を良好に補正し得るようになされている。

以下の表９に、本発明における第３数値実施例の諸元値を掲げる。ここで第３数値実施例における諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角を表し、屈折率はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する値である。なお、表５中で曲率半径０とは平面を意味する。

なお、第５面、第１１面、第１６面、第１７面は非球面形状であり、その非球面係数は表１０に示す通りである。なお、例えば０．２６０２９Ｅ−０５とは、０．２６０２９×１０^−５を意味する。

続いて、可変焦点距離レンズ系１３においてレンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下の表１１に示す。

そして、以下の表１２に第３数値実施例の可変焦点距離レンズ系１３における条件式対応値を示す。

続いて、図７は第３数値実施例の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図７（Ａ）では広角端状態（ｆ＝１．０００）、図７（Ｂ）では中間焦点距離状態（ｆ＝２．２３０）、図７（Ｃ）では望遠端状態（ｆ＝５．１８０）における諸収差図を示す。

この図７において、球面収差図の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示し、歪曲収差図中の実線は歪曲収差を示し、横収差図のＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示している。この各収差図から、第３数値実施例の可変焦点距離レンズ系１３では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

［２−４．第４数値実施例］
図８において、１４は全体として第４数値実施例における可変焦点距離レンズ系を示し、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５によって構成されている。

この可変焦点距離レンズ系１４において、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、及びその像側に配置され物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１４において、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、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３により構成されている。

また可変焦点距離レンズ系１４において、第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状の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Ｌ３により構成されている。

さらにまた可変焦点距離レンズ系１４において、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４により構成されている。

さらに可変焦点距離レンズ系１４において、第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５により構成されている。

なお可変焦点距離レンズ系１４は、開口絞りＳが第３レンズ群Ｇ３の近傍であって、かつ物体側に配置されていると共に、第５レンズ群Ｇ５と像面ＩＭＧとの間には、ＩＲカットフィルタＣＦと、像面ＩＭＧを保護するためのシールガラスＳＧが相互に接合された状態で配置されている。

このように可変焦点距離レンズ系１４では、上述したようなレンズエレメント構成とすることによって、高変倍比化及び広角化を実現すると共に、レンズ系の諸収差を良好に補正し得るようになされている。

以下の表１３に、本発明における第４数値実施例の諸元値を掲げる。ここで第４数値実施例における諸元表中のｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角を表し、屈折率はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する値である。なお、表１３中で曲率半径０とは平面を意味する。

なお、第７面、第８面、第１３面、第１８面、第１９面は非球面形状であり、その非球面係数は表１４に示す通りである。なお、例えば０．２６０２９Ｅ−０５とは、０．２６０２９×１０^−５を意味する。

続いて、可変焦点距離レンズ系１４においてレンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下の表１５に示す。

そして、以下の表１６に第４数値実施例の可変焦点距離レンズ系１４における条件式対応値を示す。

続いて、図９は第４数値実施例の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図９（Ａ）では広角端状態（ｆ＝１．０００）、図９（Ｂ）では中間焦点距離状態（ｆ＝２．９０５）、図９（Ｃ）では望遠端状態（ｆ＝１１．２８３）における諸収差図を示す。

この図９において、球面収差図の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示し、歪曲収差図中の実線は歪曲収差を示し、横収差図のＡは画角、ｙは像高をそれぞれ示している。この各収差図から、第４数値実施例の可変焦点距離レンズ系１４では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

＜３．撮像装置及びデジタルスチルカメラ＞
［３−１．撮像装置の構成］
次に、本発明の撮像装置について説明する。この撮像装置は、本発明の可変焦点距離レンズ系１（又は１１、１２、１３、１４）と、当該可変焦点距離レンズ系１によって形成された光学像を電気的信号に変換するための例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等でなる撮像素子とを具えている。

この可変焦点距離レンズ系１（図１）は、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を有している。

具体的には、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、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が変化し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との空気間隔が増大して、第１レンズ群Ｇ１が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群Ｇ２が光軸方向に固定され、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する構成である。

そして、この可変焦点距離レンズ系１は、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第５レンズ群Ｇ５を別駆動により移動させるようになされている。

また、この可変焦点距離レンズ系１は、広角端状態から望遠端状態まで第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に固定することにより、可動レンズ群を５個から４個に減らしながらも、可変間隔を増やすことができるので、その結果、レンズ系全体を簡易な構成とした小型化を達成すると共に高変倍比化を達成するようになされている。

この可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを近接して配置することにより、第１レンズ群Ｇ１に入射する軸外光束が光軸から離れないようにすることができるので、レンズ径の小型化を図っている。

これは、第１レンズ群Ｇ１が正屈折力を有するため光を強く曲げ、なす角度が大きくなるので、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との距離が離れていればいるほど、第１レンズ群Ｇ１を通過した軸外光束が外側に拡がってしまうからである。

同時に、本発明の可変焦点距離レンズ系１では、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を広げることにより、第１レンズ群Ｇ１を通過する軸外光束が光軸から離れ、その高さの変化を利用して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ようになされている。

特に、可変焦点距離レンズ系１では、レンズ全長は広角端状態で短くして、望遠端状態で長くすることにより、画角の広い広角端状態で第１レンズ群Ｇ１に入射する軸外光束が光軸から離れ過ぎないようにしている。

また可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態で第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔を広げることにより、第２レンズ群Ｇ２を通過する軸外光束が光軸から離れるようにでき、軸上収差と軸外収差とを独立して補正し得るようになされている。

さらに可変焦点距離レンズ系１では、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔を狭めることにより、第２レンズ群Ｇ２を通過する軸外光束が光軸に近づくため、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でき、高性能化を図ることができるようになされている。

このとき可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向へ固定すると同時に、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ために、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔を変化させている。

さらに可変焦点距離レンズ系１では、レンズ位置状態の変化に合わせて、像面位置を補償するように第５レンズ群Ｇ５を移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を一段と良好に補正している。

なお可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３の像側に負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを配置しているが、第２レンズ群Ｇ２及び第４レンズ群Ｇ４の２つの負レンズ群を配置することにより、レンズ系全体での屈折力配置を対称型に近づけ、特に広角端状態で発生し易い負の歪曲収差や倍率色収差を良好に補正している。

ところが可変焦点距離レンズ系１においては、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向へ固定するため、ズーム軌道の選択の自由度が低下することになり、２つの問題点が生じる。

１つ目の問題点は、レンズ位置状態が変化する際に発生する諸収差の変動を良好に補正できないことであり、２つ目の問題点は小型化を充分に図れないことである。一般に小型化とは、レンズ径の小径化とレンズ全長の短縮化に分類されるが、本発明においてはレンズ全長の短縮化が問題となる。

１つ目の問題点に対して可変焦点距離レンズ系１は、第２レンズ群Ｇ２の変倍作用を弱めることにより、諸収差の変動を良好に補正している。しかしながら、第２レンズ群Ｇ２の変倍作用を単純に弱めただけでは、レンズ系全体の変倍比が低下してしまうため、可変焦点距離レンズ系１は第３レンズ群Ｇ３の変倍作用を高めることにより所定の変倍比を得るようになされている。

より具体的には、所定の変倍比を得るために、第３レンズ群Ｇ３の移動量を増やすか、第３レンズ群Ｇ３の屈折力を強めれば良いが、屈折力を強めると第３レンズ群Ｇ３において発生する負の球面収差を良好に補正できなくなってしまう。

そこで可変焦点距離レンズ系１は、第３レンズ群Ｇ３の移動量を増やすことにより変倍作用を高めて、所定の変倍比を得ながら高い光学性能を達成するようになされている。なお、変倍作用を高めるとは、広角端状態と望遠端状態とにおける横倍率の変化量を大きくするということである。

一方、第２の問題点に対して可変焦点距離レンズ系１は、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の屈折力を弱めることにより、発散作用が弱まり、その結果、レンズ系全体の長さの短縮化を図るようになされている。

なお、可変焦点距離レンズ系１においては、一段と効果的に小型化を図るため、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の屈折力を弱め、かつ負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の屈折力を強めることにより、第１レンズ群Ｇ１乃至第３レンズ群Ｇ３における焦点距離を更に短縮化している。

ところが、可変焦点距離レンズ系１において、第４レンズ群Ｇ４の屈折力を強め過ぎると、射出瞳位置を適切な位置とすることができない、或は、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を弱め過ぎると、広角端状態において第１レンズ群Ｇ１に入射する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の小径化を損ねてしまうという問題があった。

以上のことから、可変焦点距離レンズ系１においては、第１の特徴として、広角端状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔を適切に設定し、第２の特徴として、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を適切に設定するようになされている。

これにより可変焦点距離レンズ系１においては、レンズ位置状態に拘わらず高い光学性能を得、小型・光倍率でありながら高性能化を図るようになされている。

具体的には、可変焦点距離レンズ系１においては、物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、正屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５を有し、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、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が変化し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との空気間隔が増大して、第１レンズ群Ｇ１が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群Ｇ２が光軸方向に固定され、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動するとともに、以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成されている。
（１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
（２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
但し、
Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ｆ４ ：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
とする。

この条件式（１）は、広角端状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔を規定するものであり、上述した第１の特徴を数値限定することにより表したものである。

すなわち望遠端状態では、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とが隣接し、また、レンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群Ｇ２が光軸方向に固定されているため、広角端状態における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が、実質的にレンズ位置状態の変化に伴う第３レンズ群Ｇ３の移動量と等しくなる。

この条件式（１）の上限値を上回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２を通過する軸外光束が光軸から離れてしまう。特に、広角端状態において画面周縁部に急激にコマ収差が発生し、所定の光学性能を得ることが困難になる。

また、この条件式（１）の下限値を下回った場合、第２レンズ群Ｇ２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困難になり、その結果、画角の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することができない。

なお、可変焦点距離レンズ系１では、条件式（１）の上限値以下であれば、充分なる光学性能を得ることが可能であるが、更に、第１レンズ群Ｇ１を通過する軸外光束を光軸に近付けて、レンズ径の小型化を図るには上限値を「０．３５」とすることが望ましい。

また条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を適切に設定するものであり、上述した第２の特徴を数値限定することにより表したものである。

この条件式（２）の下限値を下回った場合、本発明の可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強まるか、或は第４レンズ群Ｇ４の屈折力が弱まる。前者の場合、可変焦点距離レンズ系１では、上述した通り、レンズ系全長が長くなり、その結果、充分な小型化が図れなくなってしまう。

一方、後者の場合、可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正できなくなり、良好なる結像性能を得ることが出来なくなってしまう。

また、この条件式（２）の上限値を上回った場合、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱まるか、或は第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強まる。前者の場合、可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなって、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群Ｇ１及び第３レンズ群Ｇ３の移動量が多くなる。

その結果、広角端状態において、移動量の多くなった第１レンズ群Ｇ１と、光軸方向に固定された第２レンズ群Ｇ２とが干渉してしまう、或は望遠端状態において、光軸方向に固定された第２レンズ群Ｇ２と、移動量の多くなった第３レンズ群Ｇ３とが干渉してしまう。そうなると、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に固定しておくことが出来なくなり、本発明の主旨に反することになる。

一方、後者の場合、可変焦点距離レンズ系１では、望遠端状態におけるレンズ系全長を短縮することができず、充分な小型化を図ることができない。

ところで可変焦点距離レンズ系１における第４レンズ群Ｇ４は、第１レンズ群Ｇ１乃至第３レンズ群Ｇ３により形成される被写体像を拡大する作用を成している。このため、可変焦点距離レンズ系１では、第４レンズ群Ｇ４の負屈折力が強まるに連れて、第１レンズ群Ｇ１乃至第３レンズ群Ｇ３による被写体像の拡大率が高まることになる。

その結果、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１乃至第３レンズ群Ｇ３において、製造時に発生する微小なる偏心に伴う像の劣化も拡大されてしまい、このため量産時に安定した光学品質を維持できなくなってしまう。

そこで可変焦点距離レンズ系１では、レンズ系全長の短縮化を維持しながら、量産時に安定した光学品質を得るためには、条件式（２）の上限値を「０．３」とすることが望ましい。

また、可変焦点距離レンズ系１においては、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えて、一段と高い光学性能を得るために、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５５
但し、
ｆ２ ：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ｆｗ ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。

ここで条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を規定する条件式である。この条件式（３）の下限値を下回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が負に強まるため、レンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群Ｇ２単独で発生する軸外収差の変動を良好に補正することが困難になってしまう。

逆に、条件式（３）の上限値を上回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、所定の変倍比を得るのに必要な第１レンズ群Ｇ１や第３レンズ群Ｇ３の移動量が多くなってしまうため、レンズ系全長の短縮化を充分に図れなくなってしまう。

また可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔を変化させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えているが、小型化と高性能化とのバランスを図るために以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．３＜Δ４／Δ３＜０．９
但し、
Δ４ ：広角端状態から望遠端状態までの第４レンズ群Ｇ４の移動量
Δ３ ：広角端状態から望遠端状態までの第３レンズ群Ｇ３の移動量
とする。

ここで条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔の変化量を規定するものである。この条件式（４）の下限値を下回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第４レンズ群Ｇ４の変倍作用が弱くなるため、他のレンズ群による変倍作用を強くする必要が生じる。その結果、可変焦点距離レンズ系１では、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動が大きくなってしまうので、好ましくない。

逆に、条件式（４）の上限値を上回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、望遠端状態において第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が狭まるためバックフォーカスが伸びてレンズ系全長が大型化してしまう。

更に可変焦点距離レンズ系１では、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を抑えると同時に、第２レンズ群Ｇ２の厚みを減らすために、当該第２レンズ群Ｇ２が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３の３枚レンズで構成されるとともに、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。

（５）１＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜１．７
但し、
ｆ２１ ：負レンズＬ２１の焦点距離
とする。

ここで条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２中に配置される負レンズＬ２１の屈折力を規定するものである。この条件式（５）の下限値を下回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１に入射する軸外光束が光軸に近づくため、レンズ径の小型化が可能となる。

しかしながら、この場合、可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態において画角の変化に伴って発生するコマ収差の変動が極めて大きくなり、高性能化を充分に図ることが出来なくなってしまう。

逆に、条件式（５）の上限値を上回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、広角端状態における第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１に入射する軸外光束が光軸から離れる、すなわち、第１レンズ群Ｇ１に入射する軸外光束が光軸から大きく離れる。このため、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１において発生するコマ収差が極めて大きくなり、高性能化を充分に図ることが出来なくなってしまう。

更に可変焦点距離レンズ系１では、各レンズ群のレンズ径を小型化して、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ため、開口絞りＳを第３レンズ群Ｇ３近傍に配置することが望ましい。

一般に、レンズ位置状態が変化する際、開口絞りＳとの距離を変化させるレンズ群が増えるほど、各レンズ群を通過する軸外光束の高さが変化し易い。そして、その高さを利用して、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を補正するが、軸外光束の高さを積極的に変化させることにより、一段と良好に補正することが可能となる。

特に、可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３近傍に開口絞りＳを配置すると、当該開口絞りＳの前後にそれぞれ複数の可動レンズ群を配置することができるため、コマ収差を一段と良好に補正することが可能となって、高性能化を図り得るようになされている。

また可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３がレンズ系の中央付近に位置するため、各レンズ群を通過する軸外光束の高さが極端に離れないようにでき、その結果、レンズ径の小型化を図り得るようになされている。

なお、可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３の物体側に開口絞りＳを配置すると共に、レンズ位置状態が変化する際に、開口絞りＳと第３レンズ群Ｇ３とを一体的に移動させることにより、レンズ径の更なる小型化と鏡筒構造の簡略化を図り得るようになされている。

因みに可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３の物体側に開口絞りＳを配置することにより、特に、広角端状態で第１レンズ群Ｓ１を通過する軸外光束の高さを光軸に近づけて小型化を図ることができる。

同時に、可変焦点距離レンズ系１は、広角端状態で第１レンズ群Ｇ１を通過する軸外光束が光軸に近づくため、画面周辺部で発生するコマ収差を抑えることが可能となり、高性能化を図ることができる。

ところで、無限遠に位置する被写体から近距離に位置した被写体まで合焦を行う（以下、これを近接合焦と呼ぶ。）際、可変焦点距離レンズ系１においては、第５レンズ群Ｇ５を光軸方向へ移動させることが望ましい。

これは、第５レンズ群Ｇ５は像面位置に近い場所に配置され、軸上光束と軸外光束とが離れた状態で通過するため、軸上光束と軸外光束とを独立して補正することが可能であり、被写体位置の変化に伴う軸外収差の変動を補正するのに適しているからである。

更に可変焦点距離レンズ系１では、レンズ径の小型化とレンズ系全長の短縮化とをバランス良く達成するため、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）１．８＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．７
但し、
ｆ１ ：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆｗ ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。

ここで条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ１を規定するものである。この条件式（６）の上限値を上回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１による収斂作用が弱まるため、望遠端状態におけるレンズ系全長が大型化してしまう。

逆に、この条件式（６）の下限値を下回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１による収斂作用が強まり、広角端状態における軸外光束が光軸から離れてレンズ径が大型化してしまう。

ところで、第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなるほど、望遠端状態において第１レンズ群Ｇ１単独で発生する高次の球面収差を良好に補正できなくなってしまう。この場合、開口絞りＳを可変絞りとして、レンズ位置状態が変化する際に開放径を変化させることも可能であるが、低照度の被写体を撮影する際にノイズが増大する等の問題が発生してしまう。

このため、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１単独で発生する高次の球面収差を更に良好に補正して、望遠端状態における開放Ｆ値を明るくするには、条件式（６）の下限値を「２．０」とすることが望ましい。

さらに可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１単独で発生する球面収差を補正して、特に、望遠端状態で良好なる光学性能を実現するために、第１レンズ群Ｇ１が像側に凹面を向けた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により構成されることが望ましい。

なお、この接合レンズは、負レンズと正レンズとに分離することも可能であり、これにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する色収差や球面収差を良好に補正することもできる。

しかしながら、可変焦点距離レンズ系１では負レンズと正レンズとに分離した場合、製造時に発生する微小なる偏心によっても光学性能が著しく劣化してしまうため、接合レンズの方が望ましい。

さらに可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１が上述したレンズ構成の基で、以下の条件式（７）を満足することにより、広角端状態における画角を広げた際にも充分なる光学性能を得るようになされている。
（７）０．０１＜ｆｗ／Ｒ１３＜０．１２
但し、
Ｒ１３ ：第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ面の曲率半径
とする。

ここで条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ１の形状を規定するものである。この条件式（７）の上限値を上回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、望遠端状態で第１レンズ群Ｇ１により発生する負の球面収差を良好に補正することが困難になって、充分な高性能化を図ることができない。

逆に、この条件式（７）の下限値を下回った場合、可変焦点距離レンズ系１では、第１レンズ群Ｇ１に入射する軸外光束が光軸から離れ、第１レンズ群Ｇ１を射出する軸外光束が急激に屈折された状態となってしまう。

その結果、可変焦点距離レンズ系１では、製造時に発生する第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との相互偏心による光学性能の低下を充分に抑えられず、安定した光学品質を確保することが困難になってしまう。

また可変焦点距離レンズ系１では、非球面レンズを用いることにより一段と高い光学性能を実現するようになされている。特に、可変焦点距離レンズ系１では、第２レンズ群Ｇ２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。

また可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３乃至第５レンズ群Ｇ５に非球面レンズを導入することにより、中心性能の更なる高性能化が可能となる。更に可変焦点距離レンズ系１では、複数の非球面を１つの光学系に用いることにより、一段と高い光学性能が得られることは言うまでもない。

加えて可変焦点距離レンズ系１では、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つのレンズ群を構成する一部のレンズを光軸に対してほぼ垂直な方向へシフトさせることにより、像をシフトさせることが可能である。

そして可変焦点距離レンズ系１では、カメラの倒れを検出する検出系、当該検出系からのブレ情報に基づいて移動量を算出する演算系、当該演算系からの移動量情報に従って所定のレンズをシフトさせる駆動系と、当該レンズとを組み合わせるようになされている。

これにより可変焦点距離レンズ系１では、シャッターレリーズ時に生じるカメラブレによる像ブレをレンズシフトによって相殺又は緩和させ得るようになされている。特に可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３を光軸にほぼ垂直な方向へシフトさせる際に生じる性能変化を小さくすることができる。

さらに可変焦点距離レンズ系１では、第３レンズ群Ｇ３の近傍に開口絞りＳを配置した場合、軸外光束が光軸付近を通過するため、第３レンズ群Ｇ３を光軸にほぼ垂直な方向へシフトさせた際に生じる軸外収差の変動を抑えることが可能である。

なお、可変焦点距離レンズ系１では、レンズ系の像側に所謂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ことは言うまでもない。

［３−２．デジタルスチルカメラの構成］
図１０に示すように、上述した撮像装置を搭載するデジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１５と、当該カメラブロック１５により撮像された画像信号に対してアナログデジタル変換処理等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０とを有する。

またデジタルスチルカメラ１００は、画像信号の記録再生処理等を行う画像処理部３０と、撮影された画像等を表示するＬＣＤ(Liquid Crystal Display)４０と、メモリーカード５１への書込／読出を行うリーダライタ５０とを有する。

更に加えてデジタルスチルカメラ１００は、当該カメラ全体を制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)６０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１５内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０とを有するようになされている。

カメラブロック１５は、可変焦点距離レンズ系１（又は１１、１２、１３、１４）を含む光学系と、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等でなる撮像素子１６とが組み合わされた構成を有している。

カメラ信号処理部２０は、撮像素子１６からの出力信号に対するデジタル信号への変換処理、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換処理等の信号処理を行うようになされている。

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・伸張復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うようになされている。

メモリーカード５１は、着脱自在な半導体メモリから構成されている。リーダライタ５０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ーカード５１に書き込み、またメモリーカード５１に記録された画像データを読み出すようになされている。

ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ１００内の各回路ブロックを統括的に制御するようになされており、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ようになされている。

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へ出力する。

レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、可変焦点距離レンズ系１（又は１１、１２、１３、１４）内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御するようになされている。

次に、デジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。デジタルスチルカメラ１００では、撮影の待機状態のとき、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１５により撮像された画像信号をカメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０へ出力し、カメラスルー画像として表示するようになされている。

またデジタルスチルカメラ１００は、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の制御に基づいて可変焦点距離レンズ系１内の所定のレンズを移動する。

そしてデジタルスチルカメラ１００は、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１５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をカメラ信号処理部２０から画像処理部３０へ出力する。

画像処理部３０では、カメラ信号処理部２０から供給された画像信号に対して所定の圧縮符号化した後、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換し、これをリーダライタ５０を介してメモリーカード５１に書込むようになされている。

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、或は記録のために全押しされた場合に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０が可変焦点距離レンズ系１（又は１１、１２、１３、１４）を駆動制御することにより行われる。

またメモリーカード５１に記録された画像データを再生する場合、ＣＰＵ６０が入力部７０に対する操作に応じてリーダライタ５０によりメモリーカード５１から画像データを読み出し、画像処理部３０により伸張復号化処理した後、これをＬＣＤ４０へ出力する。

ＬＣＤ４０では、画像処理部３０により伸張復号化処理された画像データに基づいて再生画像を表示するようになされている。

因みに、この実施の形態では、本発明の撮像装置をデジタルスチルカメラに適用するようにした場合について説明したが、例えば、デジタル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。

＜４．他の実施の形態＞
その他、上述した実施の形態及び第１数値実施例乃至第４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。

また上述の実施の形態においては、各レンズ群のレンズ径を小型化して、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ため、開口絞りＳを第３レンズ群Ｇ３近傍で、当該第３レンズ群Ｇ３よりも物体側に配置するようにした場合について述べた。

しかしながら、本発明はこれに限らず、開口絞りＳを第３レンズ群Ｇ３近傍で、当該第３レンズ群Ｇ３よりも像側に配置するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、撮像装置を例えばデジタルスチルカメラ１００に搭載する場合を一例として示したが、撮像装置を搭載する対象としては、これに限られるものではなく、デジタルビデオカメラ、携帯電話機、カメラが搭載されたパーソナルコンピュータ、カメラが組み込まれたＰＤＡ等のその他種々の電子機器に広く適用することができる。

１、１１、１２、１３、１４……可変焦点距離レンズ系、１６……撮像素子、１５……カメラブロック、３０……画像処理部、４０……ＬＣＤ、５０……リーダライタ、５１……メモリーカード、６０……ＣＰＵ、７０……入力部、８０……レンズ駆動制御部。

Claims (10)

1. 物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、
   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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が減少して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、
   以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成された可変焦点距離レンズ系。
   （１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
   （２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
   但し、
   Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
   ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
   ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
   ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
   とする。
2. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   以下の条件式（３）乃至（４）のうち、少なくとも何れか一方を満足する
   請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （３）０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜０．５５
   （４）０．３＜Δ４／Δ３＜０．９
   但し、
   ｆ２ ：第２レンズ群におけるレンズ系全体での焦点距離
   ｆｗ ：広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
   Δ４ ：広角端状態から望遠端状態までの第４レンズ群の移動量
   Δ３ ：広角端状態から望遠端状態までの第３レンズ群の移動量
   とする。
3. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   上記第２レンズ群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１、両凹形状の負レンズＬ２２、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３の３枚レンズにより構成されるとともに、
   以下の条件式（５）を満足する
   請求項１乃至２に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （５）１＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜１．７
   但し、
   ｆ２１ ：負レンズＬ２１の焦点距離
   とする。
4. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   開口絞りが上記第３レンズ群の近傍に配置される
   請求項１乃至３に記載の可変焦点距離レンズ系。
5. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   上記開口絞りは、上記第３レンズ群の物体側に配置されるとともに、レンズ位置状態が変化する際に上記第３レンズ群と一体的に移動する
   請求項４に記載の可変焦点距離レンズ系。
6. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   被写体位置が変化する際に生じる像面位置の変動を補償するために、上記第５レンズ群が移動する
   請求項１乃至５に記載の可変焦点距離レンズ系。
7. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   以下の条件式（６）を満足する
   請求項１乃至６に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （６）１．８＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜２．７
   但し、
   ｆ１
   ：第１レンズ群の焦点距離
   とする。
8. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   上記第１レンズ群は、物体側から順に、像側に凹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により構成される
   請求項７に記載の可変焦点距離レンズ系。
9. 上記可変焦点距離レンズ系において、
   以下の条件式（７）を満足する
   請求項８に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （７）０．０１＜ｆｗ／Ｒ１３＜０．１２
   但し、
   Ｒ１３ ：第１レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径
   とする。
10. 可変焦点距離レンズ系と、当該可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを具え、
    上記可変焦点距離レンズ系は、
    物体側から順に、正屈折力を有する第１レンズ群、負屈折力を有する第２レンズ群、正屈折力を有する第３レンズ群、負屈折力を有する第４レンズ群、正屈折力を有する第５レンズ群を有し、
    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、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との空気間隔が減少して、第１レンズ群が単調に物体側へ移動して、第２レンズ群が光軸方向に固定され、第３レンズ群及び第４レンズ群が物体側へ移動するとともに、
    以下の条件式（１）乃至（２）を満足するように構成された撮像装置。
    （１）０．２＜Ｄ２３ｗ／ｆｔ＜０．４
    （２）０．１＜ｆ２／ｆ４＜０．４
    但し、
    Ｄ２３ｗ：広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔
    ｆｔ ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
    ｆ４ ：第４レンズ群の焦点距離
    とする。
    

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