JP2003295055A - 非球面ズームレンズ及びそれを用いたビデオカメラ - Google Patents

非球面ズームレンズ及びそれを用いたビデオカメラ

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JP2003295055A
JP2003295055A JP2002101747A JP2002101747A JP2003295055A JP 2003295055 A JP2003295055 A JP 2003295055A JP 2002101747 A JP2002101747 A JP 2002101747A JP 2002101747 A JP2002101747 A JP 2002101747A JP 2003295055 A JP2003295055 A JP 2003295055A
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lens
aspherical
zoom lens
lens group
positive
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JP2002101747A
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Inventor
Keizo Ishiguro
敬三 石黒
Shusuke Ono
周佑 小野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 諸収差が良好に補正され、超小型化と高画質
化とが両立した非球面ズームレンズを提供する。 【解決手段】 物体側から像面17側に向かって順に配
置された、正の屈折力を有し像面17に対して固定され
た第1レンズ群11、負の屈折力を有し光軸上を移動す
ることによって変倍作用を行う第2レンズ群12、像面
17に対して固定された絞り13、正の屈折力を有する
第3レンズ群14、第2レンズ群12及び物体の移動に
伴って変動する像面17を基準面から一定の位置に保つ
ように光軸上を移動する正の屈折力を有する第4レンズ
群15によりズームレンズを構成する。第2〜第4レン
ズ群12、14、15ともに少なくとも1面の非球面を
与え、かつ、第2レンズ群12の最も物体側の第1の負
レンズの屈折率をnd4としたとき、nd4>1.8の関係
を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラなど
に用いられる高画質の非球面ズームレンズ及びそれを用
いたビデオカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】最近の民生用ビデオカメラにおいては、
DVフォーマットの普及やCCDの高密度化に伴って、
小型化と高画質化を両立させることが必須となってい
る。従って、それに搭載されるズームレンズとしても、
高画質化を実現しながら、光学全長の短いものが強く求
められている。
【0003】また、CCDの画素ピッチの微細化に伴っ
て、回折限界による画質劣化を防止するために、開口を
絞らずに透過率を変化させるND(neutral density)
フィルタなどを組み込むことが必要となってきている。
例えば、特開平11−311742号公報には、高画質
で、ズーム比が約10倍の小型のズームレンズが開示さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平11−
311742号公報に開示されたズームレンズは、10
枚という少ないレンズ構成で小型化と高画質化を実現し
ているが、さらなる小型化を図ることが強く求められて
いる。また、同公報に開示されたズームレンズにおいて
は、回折限界による画質劣化を防止するための、絞り機
構と独立したNDフィルタなどで透過率を制御する機構
を組み込むことができないという問題点もあった。
【0005】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、4群構成のズームレ
ンズであって、高画質を維持しながら小型化を図ること
のできる、ズーム比が約10倍の非球面ズームレンズを
提供することを目的とする。さらに、本発明は、小型で
かつ高画質のビデオカメラを提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る非球面ズームレンズの構成は、物体側
から像面側に向かって順に配置された、正の屈折力を有
し、像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折
力を有し、光軸上を移動することによって変倍作用を行
う第2レンズ群と、像面に対して固定された絞りと、正
の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有し、
前記第2レンズ群及び物体の移動に伴って変動する像面
を基準面から一定の位置に保つように光軸上を移動する
第4レンズ群とを備えたズームレンズであって、前記第
2レンズ群は、物体側から順に配置された、第1の負レ
ンズ、第2の負レンズと正レンズとの接合レンズの3枚
のレンズからなり、前記第3レンズ群は、物体側から順
に配置された、第1の正レンズ、第2の正レンズと負レ
ンズとの接合レンズの3枚のレンズからなり、前記第4
レンズ群は、正レンズからなり、前記第2、第3及び第
4レンズ群は、共に少なくとも1つの非球面を含み、前
記第2レンズ群の前記第1の負レンズの屈折率をnd4
したとき、下記条件式(1)を満足することを特徴とす
る。
【0007】 nd4>1.8 ・・・(1) この非球面ズームレンズの構成によれば、ペッツバール
和を小さくすることができるため、小型化の際に問題と
なる像面湾曲の発生を抑制することができる。その結
果、大きな性能劣化をもたらすことなく、光学全長を短
くすることができる。また、第2〜第4レンズ群の各群
に少なくとも1つの非球面を配置し、最適な非球面形状
とレンズタイプを採用することにより、少ないレンズ構
成で、色収差を含む諸収差が良好に補正されたズームレ
ンズを実現することができる。さらに、第2〜第4レン
ズ群を構成するレンズはいずれもレンズ径が小さいた
め、これらのレンズ群に含まれる非球面レンズを容易に
製造することができる。
【0008】また、前記本発明の非球面ズームレンズの
構成においては、前記第2レンズ群の焦点距離をf2
広角端における全系の焦点距離をfw としたとき、下記
条件式(2)を満足するのが好ましい。
【0009】 0.8<|f2 |/fw <0.9 ・・・(2) この好ましい例によれば、広角であるにもかかわらず像
面湾曲を小さく補正することができ、かつ、小型化が可
能なズームレンズを実現することができる。
【0010】また、前記本発明の非球面ズームレンズの
構成においては、ズームレンズの全長をTL、広角端に
おける全系の焦点距離をfw 、望遠端における全系の焦
点距離をft としたとき、下記条件式(3)、(4)を
満足するのが好ましい。
【0011】 10.0<TL/fw <11.0 ・・・(3) 1.1<TL/ft < 1.2 ・・・(4) この好ましい例によれば、高画質化と小型化を両立させ
ることができる。
【0012】また、前記本発明の非球面ズームレンズの
構成においては、広角端での前記像面における最大像高
の主光線の光線角度をθw 、望遠端での前記像面におけ
る最大像高の主光線の光線角度をθt としたとき、下記
条件式(5)、(6)を満足するのが好ましい。
【0013】 0.0<θw <3.0 ・・・(5) 0.0<θt <3.0 ・・・(6) この好ましい例によれば、広角端と望遠端の中間のズー
ム位置で像面における最大像高の主光線の光線角度がマ
イナスとなるため、CCDへの光線の入射角度を、平均
して最も90度に近くすることができ、その結果、CC
Dによるシェーディングの少ない高画質のズームレンズ
を実現することができる。
【0014】また、前記本発明の非球面ズームレンズの
構成においては、前記第3レンズ群の第1の正レンズの
物体側のレンズ面の中央部に透過率を低下させるフィル
タが形成されているのが好ましい。この好ましい例によ
れば、明るい被写体を撮影するときに、絞りに近いレン
ズの中心部分を通過する光の光量が減少するため、フィ
ルタを形成しない状態に比べて絞り径を大きくすること
ができ、その結果、回折による解像度の劣化を防止する
ことができる。
【0015】また、本発明に係るビデオカメラの構成
は、ズームレンズを備えたビデオカメラであって、前記
ズームレンズとして前記本発明の非球面ズームレンズを
用いることを特徴とする。このビデオカメラの構成によ
れば、小型かつ高画質の手振れ補正機能付きビデオカメ
ラを実現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて、本発
明をさらに具体的に説明する。
【0017】[第1の実施の形態]図1は本発明の第1
の実施の形態における非球面ズームレンズの構成を示す
配置図である。
【0018】図1に示すように、物体側(図1では左
側)から像面17側(図1では右側)に向かって第1レ
ンズ群11、第2レンズ群12、絞り13、第3レンズ
群14、第4レンズ群15、光学ローパスフィルタとC
CDのフェースプレートに等価な平板16が順に配置さ
れており、これによりズームレンズが構成されている。
【0019】第1レンズ群11は、正の屈折力を有し、
変倍時、フォーカス時においても、像面17に対して固
定された状態にある。第2レンズ群12は、物体側から
順に配置された第1の負レンズ、及び第2の負レンズと
正レンズとの接合レンズの3枚のレンズからなり、全体
として負の屈折力を有し、光軸上を移動することによっ
て変倍作用を行う。第3レンズ群14は、物体側から順
に配置された第1の正レンズ、及び第2の正レンズと負
レンズとの接合レンズの3枚のレンズからなり、変倍時
及びフォーカス時においては、像面17に対して固定さ
れた状態にある。絞り13は、第2レンズ群12と第3
レンズ群14との間に配置されている。第4レンズ群1
5は、1枚の正レンズからなり、第2レンズ群12及び
物体の移動に伴って変動する像面17を基準面から一定
の位置に保つように光軸上を移動することにより、変倍
による像の移動とフォーカス調整とを同時に行う。
【0020】第2、第3及び第4レンズ群12、14及
び15は、共に少なくとも1つの非球面を含んでいる。
【0021】本非球面ズームレンズは、第2レンズ群1
2の低分散の第1の負レンズの屈折率をnd4としたと
き、下記条件式(1)を満足している。
【0022】nd4>1.8 ・・・(1) nd4が1.8以下になると、ペッツバール和が大きくな
って、大きな像面湾曲が発生するために、第2レンズ群
12のパワーが全体的に弱まる。その結果、ズームレン
ズの全長を長くしなければ性能を確保することができな
いため、小型化を図ることができない。
【0023】本非球面ズームレンズは、第2レンズ群1
2の焦点距離をf2 、広角端における全系の焦点距離を
w としたとき、下記条件式(2)を満足するのが望ま
しい。
【0024】 0.8<|f2 |/fw <0.9 ・・・(2) 上記条件式(2)は、第2レンズ群12のパワーに関す
る式である。|f2 |/fw が0.8以下になると、像
面湾曲を補正することが困難となる。また、|f2 |/
w が0.9以上になると、ズーミング時における第2
レンズ群12の移動量が大きくなるために、全長が長く
なり、小型のズームレンズを実現することが困難とな
る。
【0025】また、本非球面ズームレンズは、ズームレ
ンズの全長をTL、広角端における全系の焦点距離をf
w 、望遠端における全系の焦点距離をft としたとき、
下記条件式(3)、(4)を満足するのが望ましい。
【0026】 10.0<TL/fw <11.0 ・・・(3) 1.1<TL/ft < 1.2 ・・・(4) 上記条件式(3)、(4)は、小型化と高画質化を両立
させることができる範囲を規定するための条件式であ
る。条件式(3)、(4)の上限を超えると、焦点距離
やズーム比に対して光学全長が長くなり、下限を下回る
と、大きな収差が発生して画質を確保することが困難と
なる。
【0027】また、本非球面ズームレンズは、広角端で
の像面17における最大像高の主光線の光線角度を
θw 、望遠端での像面17における最大像高の主光線の
光線角度をθt としたとき、下記条件式(5)、(6)
を満足するのが望ましい。
【0028】0.0<θw <3.0・・・(5) 0.0<θt <3.0・・・(6) 上記条件式(5)、(6)は、像面(CCD)17への
入射角度を規定するための条件式である。上記条件式
(5)、(6)の上限を超えると、広角端、望遠端での
CCDへの入射角度が大きくなり、シェーディングが許
容できなくなる。また、上記条件式(5)、(6)の下
限を下回ると、広角端と望遠端の中間のズーム位置でC
CDに入射する光線角度がマイナスに大きくなるため、
シェーディングが許容できなくなる。
【0029】[第2の実施の形態]図2は本発明の第2
の実施の形態における非球面ズームレンズの第3レンズ
群の第1の正レンズ28を示す平面図である。このレン
ズは、上記第1の実施の形態で示した第3レンズ群14
の最も物体側のレンズに相当しており(図1参照)、図
2においては、物体側から見た形状が示されている。
【0030】図2に示すように、第1の正レンズ28の
物体側のレンズ面(領域B)には、その中央部(領域
A)に透過率を低下させるフィルタが形成されている。
このフィルタは、レンズ面に光学薄膜を蒸着やスパッタ
によって形成することにより構成してもよいが、ND
(neutral density)フィルタを貼り付けて構成しても
よい。また、領域Aの透過率は12.5%〜25%程度
が望ましいが、それより低くてもよい。
【0031】第3レンズ群の第1の正レンズ28を以上
のように構成すれば、明るい被写体を撮影するときに、
絞りに近いレンズの中心部分を通過する光の光量が減少
するため、フィルタを形成しない状態に比べて絞り径を
大きくすることができ、その結果、回折による解像度の
劣化を防止することができる。
【0032】[第3の実施の形態]図3は本発明の第3
の実施の形態におけるビデオカメラの構成を示す配置図
である。
【0033】図3に示すように、本実施の形態における
ビデオカメラは、ズームレンズ31と、撮像素子32
と、信号処理回路33とにより構成されている。ここ
で、ズームレンズ31としては、上記第1又は第2の実
施の形態のズームレンズが用いられており、これにより
小型かつ高画質の手振れ補正機能付きビデオカメラが実
現されている。
【0034】
【実施例】以下、具体的実施例を挙げて、本発明をさら
に詳細に説明する。
【0035】(実施例1)下記(表1)に、上記第1の
実施の形態における非球面ズームレンズの具体的数値例
を示す。
【0036】
【表1】
【0037】上記(表1)において、r(mm)はレン
ズの曲率半径、d(mm)はレンズの肉厚又はレンズの
空気間隔、nd は各レンズのd線に対する屈折率、νd
は各レンズのd線に対するアッベ数を示している(以下
の実施例2、3についても同様である)。
【0038】また、非球面形状は、下記(数1)で定義
している(以下の実施例2、3についても同様であ
る)。
【0039】
【数1】
【0040】但し、上記(数1)中、Hは光軸からの高
さ、SAGは光軸からの高さがHの非球面上の点の非球
面頂点からの距離、Rは非球面頂点の曲率半径、Kは円
錐常数、D、E、F、Gは非球面係数を表している。
【0041】下記(表2)に、本実施例における非球面
ズームレンズの非球面形状を示す。
【0042】
【表2】
【0043】また、下記(表3)に、物点がレンズ先端
から測って無限遠の位置の場合の、ズーミングによって
可変な空気間隔(mm)を示す。下記(表3)における
標準位置は、第3レンズ群14と第4レンズ群15とが
最接近する位置である(以下の実施例2、3についても
同様である)。
【0044】
【表3】
【0045】また、下記(表4)に、各条件式に対応し
た値を示している。
【0046】
【表4】
【0047】本実施例における非球面ズームレンズにお
いては、第2レンズ群の最も物体側の負レンズの屈折率
をnd4としたとき、nd4が上記(表4)に示す値を有し
ている。すなわち、上記条件式(1)が満たされ、ペッ
ツバール和を小さくすることができるために、小型化の
際に問題となる像面湾曲の発生が抑制された非球面ズー
ムレンズが実現されている。
【0048】また、本実施例における非球面ズームレン
ズにおいては、第2レンズ群12の焦点距離をf2 、広
角端における全系の焦点距離をfw としたとき、|f2
|/fw が上記(表4)に示す値を有している。すなわ
ち、上記条件式(2)が満たされ、広角であるにもかか
わらず像面湾曲を小さく補正することができ、かつ、小
型化が可能なズームレンズが実現されている。
【0049】また、本実施例における非球面ズームレン
ズにおいては、ズームレンズの全長をTL、広角端にお
ける全系の焦点距離をfw 、望遠端における全系の焦点
距離をft としたとき、TL/fw、TL/ft が上記
(表4)に示す値を有している。すなわち、上記条件式
(3)、(4)が満たされ、ズーム比が約10倍のズー
ムレンズとして高画質化と小型化の両立が図られてい
る。
【0050】また、本実施例における非球面ズームレン
ズにおいては、広角端での像面17における最大像高の
主光線の光線角度をθw 、望遠端での像面17における
最大像高の主光線の光線角度をθt としたとき、θw
θt が上記(表4)に示す値を有している。すなわち、
上記条件式(5)、(6)が満たされ、ズーミングの全
領域でCCD上にほぼ垂直に光線が入射できるために、
シェーディングの少ない映像が得られる。
【0051】また、本実施例における非球面ズームレン
ズにおいては、第3レンズ群14の第1の正レンズ(直
径:6mm)の物体側のレンズ面(12面)の光軸付近
の領域に、直径約2mmの円形の透過率を低下させるフ
ィルタが形成されている。ここで、フィルタ領域の透過
率は12.5%である。これにより、明るい被写体を撮
影するときに、絞りに近いレンズの中心部分を通過する
光の光量が減少するため、フィルタを形成しない状態に
比べて絞り径を大きくすることができ、その結果、回折
による解像度の劣化を防止することができる。
【0052】図4〜図6に、上記(表1)に示した非球
面ズームレンズの広角端(図4)、標準位置(図5)、
望遠端(図6)における収差性能図を示す。尚、各図に
おいて、(a)はd線に対する球面収差(mm)の図で
ある。(b)は非点収差(mm)の図であり、実線はサ
ジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲を示し
ている。(c)は歪曲収差(%)を示す図である。
(d)は軸上色収差(mm)の図であり、実線はd線、
短い破線はF線、長い破線はC線に対する値を示してい
る。(e)は倍率色収差(mm)の図であり、短い破線
はF線、長い破線はC線に対する値を示している(以下
の実施例2、3についても同様である)。
【0053】図4〜図6に示す収差性能図から明らかな
ように、本実施例の非球面ズームレンズは良好な収差性
能を示すことが分かる。
【0054】(実施例2)下記(表5)に、上記第1の
実施の形態における非球面ズームレンズの他の具体的数
値例を示す。
【0055】
【表5】
【0056】下記(表6)に、本実施例における非球面
ズームレンズの非球面形状を示す。
【0057】
【表6】
【0058】また、下記(表7)に、物点がレンズ先端
から測って無限遠の位置の場合の、ズーミングによって
可変な空気間隔(mm)を示す。
【0059】
【表7】
【0060】また、下記(表8)に、各条件式に対応し
た値を示している。
【0061】
【表8】
【0062】上記(表8)に示すように、本実施例にお
ける非球面ズームレンズにおいては、上記条件式(1)
〜(6)が満たされている。
【0063】図7〜図9に、上記(表7)に示した非球
面ズームレンズの広角端(図7)、標準位置(図8)、
望遠端(図9)における収差性能図を示す。図7〜図9
に示す収差性能図から明らかなように、本実施例の非球
面ズームレンズは良好な収差性能を示すことが分かる。
【0064】(実施例3)下記(表9)に、上記第1の
実施の形態における非球面ズームレンズのさらに他の具
体的数値例を示す。
【0065】
【表9】
【0066】下記(表10)に、本実施例における非球
面ズームレンズの非球面形状を示す。
【0067】
【表10】
【0068】また、下記(表11)に、物点がレンズ先
端から測って無限遠の位置の場合の、ズーミングによっ
て可変な空気間隔(mm)を示す。
【0069】
【表11】
【0070】また、下記(表12)に、各条件式に対応
した値を示している。
【0071】
【表12】
【0072】上記(表12)に示すように、本実施例に
おける非球面ズームレンズにおいては、上記条件式
(1)〜(6)が満たされている。
【0073】図10〜図12に、上記(表11)に示し
た非球面ズームレンズの広角端(図10)、標準位置
(図11)、望遠端(図12)における収差性能図を示
す。図10〜図12に示す収差性能図から明らかなよう
に、本実施例の非球面ズームレンズは良好な収差性能を
示すことが分かる。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高画質を維持しながら小型化を図ることのできる、ズー
ム比が約10倍の4群構成の非球面ズームレンズを実現
することができる。また、本発明によれば、小型でかつ
高画質のビデオカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における非球面ズー
ムレンズの構成を示す配置図
【図2】本発明の第2の実施の形態における非球面ズー
ムレンズの第3レンズ群の第1の正レンズを示す平面図
【図3】本発明の第3の実施の形態におけるビデオカメ
ラの構成を示す配置図である。
【図4】本発明の実施例1の広角端における収差性能図
【図5】本発明の実施例1の標準位置における収差性能
【図6】本発明の実施例1の望遠端における収差性能図
【図7】本発明の実施例2の広角端における収差性能図
【図8】本発明の実施例2の標準位置における収差性能
【図9】本発明の実施例2の望遠端における収差性能図
【図10】本発明の実施例3の広角端における収差性能
【図11】本発明の実施例3の標準位置における収差性
能図
【図12】本発明の実施例3の望遠端における収差性能
【符号の説明】
11 第1レンズ群 12 第2レンズ群 13 絞り 14 第3レンズ群 15 第4レンズ群 16 光学ローパスフィルタとCCDのフェースプレー
トに等価な平板 17 像面 28 第3レンズ群の第1の正レンズ 31 ズームレンズ 32 撮像素子 33 信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA03 MA15 NA02 PA07 PA20 PB10 QA02 QA07 QA17 QA21 QA25 QA34 QA42 QA45 RA05 RA12 RA13 RA32 RA42 RA43 SA23 SA27 SA29 SA32 SA63 SA65 SA72 SA74 SB04 SB14 SB24 SB32

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側から像面側に向かって順に配置さ
    れた、正の屈折力を有し、像面に対して固定された第1
    レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸上を移動すること
    によって変倍作用を行う第2レンズ群と、像面に対して
    固定された絞りと、正の屈折力を有する第3レンズ群
    と、正の屈折力を有し、前記第2レンズ群及び物体の移
    動に伴って変動する像面を基準面から一定の位置に保つ
    ように光軸上を移動する第4レンズ群とを備えたズーム
    レンズであって、 前記第2レンズ群は、物体側から順に配置された、第1
    の負レンズ、第2の負レンズと正レンズとの接合レンズ
    の3枚のレンズからなり、 前記第3レンズ群は、物体側から順に配置された、第1
    の正レンズ、第2の正レンズと負レンズとの接合レンズ
    の3枚のレンズからなり、 前記第4レンズ群は、正レンズからなり、 前記第2、第3及び第4レンズ群は、共に少なくとも1
    つの非球面を含み、 前記第2レンズ群の前記第1の負レンズの屈折率をnd4
    としたとき、下記条件式(1)を満足することを特徴と
    する非球面ズームレンズ。 nd4>1.8 ・・・(1)
  2. 【請求項2】 前記第2レンズ群の焦点距離をf2 、広
    角端における全系の焦点距離をfw としたとき、下記条
    件式(2)を満足する請求項1に記載の非球面ズームレ
    ンズ。 0.8<|f2 |/fw <0.9 ・・・(2)
  3. 【請求項3】 ズームレンズの全長をTL、広角端にお
    ける全系の焦点距離をfw 、望遠端における全系の焦点
    距離をft としたとき、下記条件式(3)、(4)を満
    足する請求項1又は2に記載の非球面ズームレンズ。 10.0<TL/fw <11.0 ・・・(3) 1.1<TL/ft < 1.2 ・・・(4)
  4. 【請求項4】 広角端での前記像面における最大像高の
    主光線の光線角度をθ w 、望遠端での前記像面における
    最大像高の主光線の光線角度をθt としたとき、下記条
    件式(5)、(6)を満足する請求項1に記載のズーム
    レンズ。 0.0<θw <3.0 ・・・(5) 0.0<θt <3.0 ・・・(6)
  5. 【請求項5】 前記第3レンズ群の第1の正レンズの物
    体側のレンズ面の中央部に透過率を低下させるフィルタ
    が形成された請求項1に記載の非球面ズームレンズ。
  6. 【請求項6】 ズームレンズを備えたビデオカメラであ
    って、前記ズームレンズとして請求項1〜14のいずれ
    かに記載の非球面ズームレンズを用いることを特徴とす
    るビデオカメラ。
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